dbc9f0c6d9610499fdc2c389d1b467647bd1039c
[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;
47   StateStackPtr SetupStates;
48   Value Contempt[2]; // [bestValue > VALUE_DRAW]
49 }
50
51 using std::string;
52 using Eval::evaluate;
53 using namespace Search;
54
55 namespace {
56
57   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
58   const bool FakeSplit = false;
59
60   // Different node types, used as template parameter
61   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
62
63   // Dynamic razoring margin based on depth
64   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
65
66   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
67   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
68
69   inline Value futility_margin(Depth d) {
70     return Value(100 * d);
71   }
72
73   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
74   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
75
76   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77
78     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   size_t MultiPV, PVIdx;
82   TimeManager TimeMgr;
83   double BestMoveChanges;
84   Value DrawValue[COLOR_NB];
85   HistoryStats History;
86   GainsStats Gains;
87   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
88
89   template <NodeType NT>
90   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
91
92   template <NodeType NT, bool InCheck>
93   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
94
95   void id_loop(Position& pos);
96   Value value_to_tt(Value v, int ply);
97   Value value_from_tt(Value v, int ply);
98   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
99   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
100
101   struct Skill {
102     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
103    ~Skill() {
104       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
105           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
106                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
107     }
108
109     bool enabled() const { return level < 20; }
110     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
111     Move pick_move();
112
113     int level;
114     Move best;
115   };
116
117 } // namespace
118
119
120 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
121
122 void Search::init() {
123
124   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
125   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
126   int mc; // moveCount
127
128   // Init reductions array
129   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
130   {
131       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
132       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
133       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
134       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
135
136       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
137       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
138
139       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
140           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
141
142       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
143           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
144   }
145
146   // Init futility move count array
147   for (d = 0; d < 32; ++d)
148   {
149       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
150       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
151   }
152 }
153
154
155 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
156 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
157
158 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
159
160   StateInfo st;
161   uint64_t cnt = 0;
162   CheckInfo ci(pos);
163   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
164
165   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
166   {
167       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
168       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
169       pos.undo_move(*it);
170   }
171   return cnt;
172 }
173
174 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
175   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
176 }
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
185
186   RootColor = RootPos.side_to_move();
187   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
188
189   DrawValue[0] = DrawValue[1] = VALUE_DRAW;
190   Contempt[0] =  Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
191   Contempt[1] = (Options["Contempt Factor"] + 12) * PawnValueEg / 100;
192
193   if (RootMoves.empty())
194   {
195       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
196       sync_cout << "info depth 0 score "
197                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
198                 << sync_endl;
199
200       goto finalize;
201   }
202
203   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
204   {
205       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
206
207       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
208       {
209           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
210           goto finalize;
211       }
212   }
213
214   if (Options["Write Search Log"])
215   {
216       Log log(Options["Search Log Filename"]);
217       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
218           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
219           << " ponder: "      << Limits.ponder
220           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
221           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
222           << " moves to go: " << Limits.movestogo
223           << "\n" << std::endl;
224   }
225
226   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
227   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
228       Threads[i]->maxPly = 0;
229
230   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
231   Threads.timer->run = true;
232   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
233
234   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
235
236   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
237   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
238
239   if (Options["Write Search Log"])
240   {
241       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
242
243       Log log(Options["Search Log Filename"]);
244       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
245           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
246           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
247
248       StateInfo st;
249       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
250       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
251       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
252   }
253
254 finalize:
255
256   // When search is stopped this info is not printed
257   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
258             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
259
260   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
261   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
262   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
263   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
264   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
265   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
266   {
267       Signals.stopOnPonderhit = true;
268       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
269   }
270
271   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
272   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
273             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
274             << sync_endl;
275 }
276
277
278 namespace {
279
280   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
281   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
282   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
283
284   void id_loop(Position& pos) {
285
286     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
287     int depth;
288     Value bestValue, alpha, beta, delta;
289
290     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
291     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
292
293     depth = 0;
294     BestMoveChanges = 0;
295     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
296     beta = VALUE_INFINITE;
297
298     TT.new_search();
299     History.clear();
300     Gains.clear();
301     Countermoves.clear();
302     Followupmoves.clear();
303
304     MultiPV = Options["MultiPV"];
305     Skill skill(Options["Skill Level"]);
306
307     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
308     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
309     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
310         MultiPV = 4;
311
312     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
313
314     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
315     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
316     {
317         // Age out PV variability metric
318         BestMoveChanges *= 0.5;
319
320         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
321         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
322         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
323             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
324
325         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
326         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
327         {
328             // Reset aspiration window starting size
329             if (depth >= 5)
330             {
331                 delta = Value(16);
332                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
333                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
334             }
335
336             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
337             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
338             // high/low anymore.
339             while (true)
340             {
341                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
342
343                 DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Contempt[bestValue > VALUE_DRAW];
344                 DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Contempt[bestValue > VALUE_DRAW];
345
346                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
347                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
348                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
349                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
350                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
351                 // search the already searched PV lines are preserved.
352                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
353
354                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
355                 // entries have been overwritten during the search.
356                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
357                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
358
359                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
360                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
361                 // valid, although it refers to previous iteration.
362                 if (Signals.stop)
363                     break;
364
365                 // When failing high/low give some update (without cluttering
366                 // the UI) before a re-search.
367                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
368                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
369                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
370
371                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
372                 // re-search, otherwise exit the loop.
373                 if (bestValue <= alpha)
374                 {
375                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
376
377                     Signals.failedLowAtRoot = true;
378                     Signals.stopOnPonderhit = false;
379                 }
380                 else if (bestValue >= beta)
381                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
382
383                 else
384                     break;
385
386                 delta += delta / 2;
387
388                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
389             }
390
391             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
392             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
393
394             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
395                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
396         }
397
398         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
399         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
400             skill.pick_move();
401
402         if (Options["Write Search Log"])
403         {
404             RootMove& rm = RootMoves[0];
405             if (skill.best != MOVE_NONE)
406                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
407
408             Log log(Options["Search Log Filename"]);
409             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
410                 << std::endl;
411         }
412
413         // Have we found a "mate in x"?
414         if (   Limits.mate
415             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
416             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
417             Signals.stop = true;
418
419         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
420         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
421         {
422             // Take some extra time if the best move has changed
423             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
424                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
425
426             // Stop the search if only one legal move is available or all
427             // of the available time has been used.
428             if (   RootMoves.size() == 1
429                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
430             {
431                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
432                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
433                 if (Limits.ponder)
434                     Signals.stopOnPonderhit = true;
435                 else
436                     Signals.stop = true;
437             }
438         }
439     }
440   }
441
442
443   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
444   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
445   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
446   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
447   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
448   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
449
450   template <NodeType NT>
451   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
452
453     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
454     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
455     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
456
457     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
458     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
459     assert(depth > DEPTH_ZERO);
460
461     Move quietsSearched[64];
462     StateInfo st;
463     const TTEntry *tte;
464     SplitPoint* splitPoint;
465     Key posKey;
466     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
467     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
468     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
469     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
470     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
471     int moveCount, quietCount;
472
473     // Step 1. Initialize node
474     Thread* thisThread = pos.this_thread();
475     inCheck = pos.checkers();
476
477     if (SpNode)
478     {
479         splitPoint = ss->splitPoint;
480         bestMove   = splitPoint->bestMove;
481         bestValue  = splitPoint->bestValue;
482         tte = NULL;
483         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
484         ttValue = VALUE_NONE;
485
486         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
487
488         goto moves_loop;
489     }
490
491     moveCount = quietCount = 0;
492     bestValue = -VALUE_INFINITE;
493     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
494     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
495     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
496     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
497
498     // Used to send selDepth info to GUI
499     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
500         thisThread->maxPly = ss->ply;
501
502     if (!RootNode)
503     {
504         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
505         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
506             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
507
508         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
509         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
510         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
511         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
512         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
513         // mate. In this case return a fail-high score.
514         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
515         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
516         if (alpha >= beta)
517             return alpha;
518     }
519
520     // Step 4. Transposition table lookup
521     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
522     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
523     excludedMove = ss->excludedMove;
524     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
525     tte = TT.probe(posKey);
526     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
527     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
528
529     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
530     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
531     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
532     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
533     if (   !RootNode
534         && tte
535         && tte->depth() >= depth
536         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
537         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
538             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
539                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
540     {
541         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
542
543         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
544         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
545             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
546
547         return ttValue;
548     }
549
550     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
551     if (inCheck)
552     {
553         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
554         goto moves_loop;
555     }
556
557     else if (tte)
558     {
559         // Never assume anything on values stored in TT
560         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
561             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
562
563         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
564         if (ttValue != VALUE_NONE)
565             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
566                 eval = ttValue;
567     }
568     else
569     {
570         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
571         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
572     }
573
574     if (   !pos.captured_piece_type()
575         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
576         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
577         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
578         &&  type_of(move) == NORMAL)
579     {
580         Square to = to_sq(move);
581         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
582     }
583
584     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
585     if (   !PvNode
586         &&  depth < 4 * ONE_PLY
587         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
588         &&  ttMove == MOVE_NONE
589         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
590         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
591     {
592         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
593         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
594         if (v <= ralpha)
595             return v;
596     }
597
598     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
599     if (   !PvNode
600         && !ss->skipNullMove
601         &&  depth < 7 * ONE_PLY
602         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
603         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
604         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
605         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
606         return eval - futility_margin(depth);
607
608     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
609     if (   !PvNode
610         && !ss->skipNullMove
611         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
612         &&  eval >= beta
613         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
614         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
615     {
616         ss->currentMove = MOVE_NULL;
617
618         assert(eval - beta >= 0);
619
620         // Null move dynamic reduction based on depth and value
621         Depth R =  3 * ONE_PLY
622                  + depth / 4
623                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
624
625         pos.do_null_move(st);
626         (ss+1)->skipNullMove = true;
627         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
628                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
629         (ss+1)->skipNullMove = false;
630         pos.undo_null_move();
631
632         if (nullValue >= beta)
633         {
634             // Do not return unproven mate scores
635             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
636                 nullValue = beta;
637
638             if (depth < 12 * ONE_PLY)
639                 return nullValue;
640
641             // Do verification search at high depths
642             ss->skipNullMove = true;
643             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
644                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
645             ss->skipNullMove = false;
646
647             if (v >= beta)
648                 return nullValue;
649         }
650     }
651
652     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
653     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
654     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
655     // prune the previous move.
656     if (   !PvNode
657         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
658         && !ss->skipNullMove
659         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
660     {
661         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
662         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
663
664         assert(rdepth >= ONE_PLY);
665         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
666         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
667
668         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
669         CheckInfo ci(pos);
670
671         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
672             if (pos.legal(move, ci.pinned))
673             {
674                 ss->currentMove = move;
675                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
676                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
677                 pos.undo_move(move);
678                 if (value >= rbeta)
679                     return value;
680             }
681     }
682
683     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
684     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
685         && !ttMove
686         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
687     {
688         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
689
690         ss->skipNullMove = true;
691         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
692         ss->skipNullMove = false;
693
694         tte = TT.probe(posKey);
695         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
696     }
697
698 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
699
700     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
701     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
702                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
703
704     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
705     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
706                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
707
708     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
709     CheckInfo ci(pos);
710     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
711     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
712                || ss->staticEval == VALUE_NONE
713                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
714
715     singularExtensionNode =   !RootNode
716                            && !SpNode
717                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
718                            &&  ttMove != MOVE_NONE
719                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
720                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
721                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
722
723     // Step 11. Loop through moves
724     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
725     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
726     {
727       assert(is_ok(move));
728
729       if (move == excludedMove)
730           continue;
731
732       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
733       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
734       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
735       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
736           continue;
737
738       if (SpNode)
739       {
740           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
741           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
742               continue;
743
744           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
745           splitPoint->mutex.unlock();
746       }
747       else
748           ++moveCount;
749
750       if (RootNode)
751       {
752           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
753
754           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
755               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
756                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
757                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
758       }
759
760       ext = DEPTH_ZERO;
761       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
762
763       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
764                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
765                   : pos.gives_check(move, ci);
766
767       dangerous =   givesCheck
768                  || type_of(move) != NORMAL
769                  || pos.advanced_pawn_push(move);
770
771       // Step 12. Extend checks
772       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
773           ext = ONE_PLY;
774
775       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
776       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
777       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
778       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
779       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
780       if (    singularExtensionNode
781           &&  move == ttMove
782           && !ext
783           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
784           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
785       {
786           assert(ttValue != VALUE_NONE);
787
788           Value rBeta = ttValue - int(depth);
789           ss->excludedMove = move;
790           ss->skipNullMove = true;
791           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
792           ss->skipNullMove = false;
793           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
794
795           if (value < rBeta)
796               ext = ONE_PLY;
797       }
798
799       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
800       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
801
802       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
803       if (   !PvNode
804           && !captureOrPromotion
805           && !inCheck
806           && !dangerous
807        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
808           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
809       {
810           // Move count based pruning
811           if (   depth < 16 * ONE_PLY
812               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
813           {
814               if (SpNode)
815                   splitPoint->mutex.lock();
816
817               continue;
818           }
819
820           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
821
822           // Futility pruning: parent node
823           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
824           {
825               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
826                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
827
828               if (futilityValue <= alpha)
829               {
830                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
831
832                   if (SpNode)
833                   {
834                       splitPoint->mutex.lock();
835                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
836                           splitPoint->bestValue = bestValue;
837                   }
838                   continue;
839               }
840           }
841
842           // Prune moves with negative SEE at low depths
843           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
844           {
845               if (SpNode)
846                   splitPoint->mutex.lock();
847
848               continue;
849           }
850       }
851
852       // Check for legality just before making the move
853       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
854       {
855           moveCount--;
856           continue;
857       }
858
859       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
860       ss->currentMove = move;
861       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
862           quietsSearched[quietCount++] = move;
863
864       // Step 14. Make the move
865       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
866
867       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
868       // re-searched at full depth.
869       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
870           && !pvMove
871           && !captureOrPromotion
872           &&  move != ttMove
873           &&  move != ss->killers[0]
874           &&  move != ss->killers[1])
875       {
876           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
877
878           if (!PvNode && cutNode)
879               ss->reduction += ONE_PLY;
880
881           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
882               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
883
884           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
885               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
886
887           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
888           if (SpNode)
889               alpha = splitPoint->alpha;
890
891           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
892
893           // Research at intermediate depth if reduction is very high
894           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
895           {
896               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
897               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
898           }
899
900           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
901           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
902       }
903       else
904           doFullDepthSearch = !pvMove;
905
906       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
907       if (doFullDepthSearch)
908       {
909           if (SpNode)
910               alpha = splitPoint->alpha;
911
912           value = newDepth < ONE_PLY ?
913                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
914                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
915                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
916       }
917
918       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
919       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
920       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
921       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
922           value = newDepth < ONE_PLY ?
923                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
924                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
925                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
926       // Step 17. Undo move
927       pos.undo_move(move);
928
929       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
930
931       // Step 18. Check for new best move
932       if (SpNode)
933       {
934           splitPoint->mutex.lock();
935           bestValue = splitPoint->bestValue;
936           alpha = splitPoint->alpha;
937       }
938
939       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
940       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
941       // updating best move, PV and TT.
942       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
943           return VALUE_ZERO;
944
945       if (RootNode)
946       {
947           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
948
949           // PV move or new best move ?
950           if (pvMove || value > alpha)
951           {
952               rm.score = value;
953               rm.extract_pv_from_tt(pos);
954
955               // We record how often the best move has been changed in each
956               // iteration. This information is used for time management: When
957               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
958               if (!pvMove)
959                   ++BestMoveChanges;
960           }
961           else
962               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
963               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
964               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
965               rm.score = -VALUE_INFINITE;
966       }
967
968       if (value > bestValue)
969       {
970           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
971
972           if (value > alpha)
973           {
974               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
975
976               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
977                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
978               else
979               {
980                   assert(value >= beta); // Fail high
981
982                   if (SpNode)
983                       splitPoint->cutoff = true;
984
985                   break;
986               }
987           }
988       }
989
990       // Step 19. Check for splitting the search
991       if (   !SpNode
992           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
993           &&  Threads.available_slave(thisThread)
994           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
995       {
996           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
997
998           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
999                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1000
1001           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1002               return VALUE_ZERO;
1003
1004           if (bestValue >= beta)
1005               break;
1006       }
1007     }
1008
1009     if (SpNode)
1010         return bestValue;
1011
1012     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1013     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1014     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1015     /*
1016        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1017         return VALUE_DRAW;
1018     */
1019
1020     // Step 20. Check for mate and stalemate
1021     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1022     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1023     // return a fail low score.
1024     if (!moveCount)
1025         return  excludedMove ? alpha
1026               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1027
1028     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1029              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1030              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1031              depth, bestMove, ss->staticEval);
1032
1033     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1034     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1035         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1036
1037     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1038
1039     return bestValue;
1040   }
1041
1042
1043   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1044   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1045   // less than ONE_PLY).
1046
1047   template <NodeType NT, bool InCheck>
1048   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1049
1050     const bool PvNode = (NT == PV);
1051
1052     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1053     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1054     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1055     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1056     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1057
1058     StateInfo st;
1059     const TTEntry* tte;
1060     Key posKey;
1061     Move ttMove, move, bestMove;
1062     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1063     bool givesCheck, evasionPrunable;
1064     Depth ttDepth;
1065
1066     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1067     if (PvNode)
1068         oldAlpha = alpha;
1069
1070     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1071     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1072
1073     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1074     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1075         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1076
1077     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1078     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1079     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1080     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1081                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1082
1083     // Transposition table lookup
1084     posKey = pos.key();
1085     tte = TT.probe(posKey);
1086     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1087     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1088
1089     if (   tte
1090         && tte->depth() >= ttDepth
1091         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1092         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1093             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1094                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1095     {
1096         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1097         return ttValue;
1098     }
1099
1100     // Evaluate the position statically
1101     if (InCheck)
1102     {
1103         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1104         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1105     }
1106     else
1107     {
1108         if (tte)
1109         {
1110             // Never assume anything on values stored in TT
1111             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1112                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1113
1114             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1115             if (ttValue != VALUE_NONE)
1116                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1117                     bestValue = ttValue;
1118         }
1119         else
1120             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1121
1122         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1123         if (bestValue >= beta)
1124         {
1125             if (!tte)
1126                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1127                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1128
1129             return bestValue;
1130         }
1131
1132         if (PvNode && bestValue > alpha)
1133             alpha = bestValue;
1134
1135         futilityBase = bestValue + 128;
1136     }
1137
1138     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1139     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1140     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1141     // be generated.
1142     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1143     CheckInfo ci(pos);
1144
1145     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1146     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1147     {
1148       assert(is_ok(move));
1149
1150       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1151                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1152                   : pos.gives_check(move, ci);
1153
1154       // Futility pruning
1155       if (   !PvNode
1156           && !InCheck
1157           && !givesCheck
1158           &&  move != ttMove
1159           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1160           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1161       {
1162           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1163
1164           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1165
1166           if (futilityValue < beta)
1167           {
1168               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1169               continue;
1170           }
1171
1172           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1173           {
1174               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1175               continue;
1176           }
1177       }
1178
1179       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1180       evasionPrunable =    InCheck
1181                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1182                        && !pos.capture(move)
1183                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1184
1185       // Don't search moves with negative SEE values
1186       if (   !PvNode
1187           && (!InCheck || evasionPrunable)
1188           &&  move != ttMove
1189           &&  type_of(move) != PROMOTION
1190           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1191           continue;
1192
1193       // Check for legality just before making the move
1194       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1195           continue;
1196
1197       ss->currentMove = move;
1198
1199       // Make and search the move
1200       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1201       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1202                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1203       pos.undo_move(move);
1204
1205       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1206
1207       // Check for new best move
1208       if (value > bestValue)
1209       {
1210           bestValue = value;
1211
1212           if (value > alpha)
1213           {
1214               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1215               {
1216                   alpha = value;
1217                   bestMove = move;
1218               }
1219               else // Fail high
1220               {
1221                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1222                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1223
1224                   return value;
1225               }
1226           }
1227        }
1228     }
1229
1230     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1231     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1232     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1233         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1234
1235     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1236              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1237              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1238
1239     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1240
1241     return bestValue;
1242   }
1243
1244
1245   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1246   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1247   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1248
1249   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1250
1251     assert(v != VALUE_NONE);
1252
1253     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1254           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1255   }
1256
1257
1258   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1259   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1260   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1261
1262   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1263
1264     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1265           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1266           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1267   }
1268
1269
1270   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1271   // of a quiet move.
1272
1273   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1274
1275     if (ss->killers[0] != move)
1276     {
1277         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1278         ss->killers[0] = move;
1279     }
1280
1281     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1282     // played quiet moves.
1283     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1284     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1285     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1286     {
1287         Move m = quiets[i];
1288         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1289     }
1290
1291     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1292     {
1293         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1294         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1295     }
1296
1297     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1298     {
1299         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1300         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1301     }
1302   }
1303
1304
1305   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1306   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1307
1308   Move Skill::pick_move() {
1309
1310     static RKISS rk;
1311
1312     // PRNG sequence should be not deterministic
1313     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1314         rk.rand<unsigned>();
1315
1316     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1317     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1318     int weakness = 120 - 2 * level;
1319     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1320     best = MOVE_NONE;
1321
1322     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1323     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1324     // then we choose the move with the resulting highest score.
1325     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1326     {
1327         int s = RootMoves[i].score;
1328
1329         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1330         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1331             break;
1332
1333         // This is our magic formula
1334         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1335               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1336
1337         if (s > max_s)
1338         {
1339             max_s = s;
1340             best = RootMoves[i].pv[0];
1341         }
1342     }
1343     return best;
1344   }
1345
1346
1347   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1348   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1349   // search score.
1350
1351   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1352
1353     std::stringstream ss;
1354     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1355     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1356     int selDepth = 0;
1357
1358     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1359         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1360             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1361
1362     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1363     {
1364         bool updated = (i <= PVIdx);
1365
1366         if (depth == 1 && !updated)
1367             continue;
1368
1369         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1370         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1371
1372         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1373             ss << "\n";
1374
1375         ss << "info depth " << d
1376            << " seldepth "  << selDepth
1377            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1378            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1379            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1380            << " time "      << elapsed
1381            << " multipv "   << i + 1
1382            << " pv";
1383
1384         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1385             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1386     }
1387
1388     return ss.str();
1389   }
1390
1391 } // namespace
1392
1393
1394 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1395 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1396 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1397 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1398
1399 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1400
1401   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1402   const TTEntry* tte;
1403   int ply = 0;
1404   Move m = pv[0];
1405
1406   pv.clear();
1407
1408   do {
1409       pv.push_back(m);
1410
1411       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1412
1413       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1414       tte = TT.probe(pos.key());
1415
1416   } while (   tte
1417            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1418            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1419            && ply < MAX_PLY
1420            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1421
1422   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1423
1424   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1425 }
1426
1427
1428 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1429 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1430 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1431
1432 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1433
1434   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1435   const TTEntry* tte;
1436   int ply = 0;
1437
1438   do {
1439       tte = TT.probe(pos.key());
1440
1441       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1442           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1443
1444       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1445
1446       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1447
1448   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1449
1450   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1451 }
1452
1453
1454 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1455
1456 void Thread::idle_loop() {
1457
1458   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1459   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1460   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1461
1462   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1463
1464   while (true)
1465   {
1466       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1467       // wasting CPU time polling for work.
1468       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1469       {
1470           if (exit)
1471           {
1472               assert(!this_sp);
1473               return;
1474           }
1475
1476           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1477           mutex.lock();
1478
1479           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1480           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1481           {
1482               mutex.unlock();
1483               break;
1484           }
1485
1486           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1487           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1488           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1489           // we had the chance to grab the lock.
1490           if (!searching && !exit)
1491               sleepCondition.wait(mutex);
1492
1493           mutex.unlock();
1494       }
1495
1496       // If this thread has been assigned work, launch a search
1497       if (searching)
1498       {
1499           assert(!exit);
1500
1501           Threads.mutex.lock();
1502
1503           assert(searching);
1504           assert(activeSplitPoint);
1505           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1506
1507           Threads.mutex.unlock();
1508
1509           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1510           Position pos(*sp->pos, this);
1511
1512           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1513           ss->splitPoint = sp;
1514
1515           sp->mutex.lock();
1516
1517           assert(activePosition == NULL);
1518
1519           activePosition = &pos;
1520
1521           switch (sp->nodeType) {
1522           case Root:
1523               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1524               break;
1525           case PV:
1526               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1527               break;
1528           case NonPV:
1529               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1530               break;
1531           default:
1532               assert(false);
1533           }
1534
1535           assert(searching);
1536
1537           searching = false;
1538           activePosition = NULL;
1539           sp->slavesMask.reset(idx);
1540           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1541
1542           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1543           // loop in case we are the last slave of the split point.
1544           if (    Threads.sleepWhileIdle
1545               &&  this != sp->masterThread
1546               &&  sp->slavesMask.none())
1547           {
1548               assert(!sp->masterThread->searching);
1549               sp->masterThread->notify_one();
1550           }
1551
1552           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1553           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1554           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1555           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1556           sp->mutex.unlock();
1557       }
1558
1559       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1560       // their work at this split point, return from the idle loop.
1561       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1562       {
1563           this_sp->mutex.lock();
1564           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1565           this_sp->mutex.unlock();
1566           if (finished)
1567               return;
1568       }
1569   }
1570 }
1571
1572
1573 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1574 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1575 /// available time and thus stop the search.
1576
1577 void check_time() {
1578
1579   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1580   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1581
1582   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1583   {
1584       lastInfoTime = Time::now();
1585       dbg_print();
1586   }
1587
1588   if (Limits.ponder)
1589       return;
1590
1591   if (Limits.nodes)
1592   {
1593       Threads.mutex.lock();
1594
1595       nodes = RootPos.nodes_searched();
1596
1597       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1598       // all the currently active positions nodes.
1599       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1600           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1601           {
1602               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1603
1604               sp.mutex.lock();
1605
1606               nodes += sp.nodes;
1607
1608               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1609                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1610                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1611
1612               sp.mutex.unlock();
1613           }
1614
1615       Threads.mutex.unlock();
1616   }
1617
1618   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1619   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1620                          && !Signals.failedLowAtRoot
1621                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1622
1623   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1624                    || stillAtFirstMove;
1625
1626   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1627       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1628       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1629       Signals.stop = true;
1630 }