dfe690b4d6498ec65c016c200696acb39175ca15
[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 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * d);
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t MultiPV, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT, bool SpNode>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
189   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
190   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
191
192   if (RootMoves.empty())
193   {
194       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
195       sync_cout << "info depth 0 score "
196                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
197                 << sync_endl;
198
199       goto finalize;
200   }
201
202   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
203   {
204       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
205
206       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
207       {
208           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
209           goto finalize;
210       }
211   }
212
213   if (Options["Write Search Log"])
214   {
215       Log log(Options["Search Log Filename"]);
216       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
217           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
218           << " ponder: "      << Limits.ponder
219           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
220           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
221           << " moves to go: " << Limits.movestogo
222           << "\n" << std::endl;
223   }
224
225   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
226   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
227       Threads[i]->maxPly = 0;
228
229   Threads.timer->run = true;
230   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
231
232   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
233
234   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
235
236   if (Options["Write Search Log"])
237   {
238       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
239
240       Log log(Options["Search Log Filename"]);
241       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
242           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
243           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
244
245       StateInfo st;
246       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
247       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
248       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
249   }
250
251 finalize:
252
253   // When search is stopped this info is not printed
254   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
255             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
256
257   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
258   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
259   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
260   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
261   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
262   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
263   {
264       Signals.stopOnPonderhit = true;
265       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
266   }
267
268   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
269   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
270             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
271             << sync_endl;
272 }
273
274
275 namespace {
276
277   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
278   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
279   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280
281   void id_loop(Position& pos) {
282
283     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
284     int depth;
285     Value bestValue, alpha, beta, delta;
286
287     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
288     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
289
290     depth = 0;
291     BestMoveChanges = 0;
292     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
293     beta = VALUE_INFINITE;
294
295     TT.new_search();
296     History.clear();
297     Gains.clear();
298     Countermoves.clear();
299     Followupmoves.clear();
300
301     MultiPV = Options["MultiPV"];
302     Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
305     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
307         MultiPV = 4;
308
309     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
310
311     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
312     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
313     {
314         // Age out PV variability metric
315         BestMoveChanges *= 0.5;
316
317         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
318         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
319         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
320             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
321
322         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
323         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
324         {
325             // Reset aspiration window starting size
326             if (depth >= 5)
327             {
328                 delta = Value(16);
329                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
330                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
331             }
332
333             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
334             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
335             // high/low anymore.
336             while (true)
337             {
338                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
339
340                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
341                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
342                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
343                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
344                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
345                 // search the already searched PV lines are preserved.
346                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
347
348                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
349                 // entries have been overwritten during the search.
350                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
351                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
352
353                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
354                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
355                 // valid, although it refers to previous iteration.
356                 if (Signals.stop)
357                     break;
358
359                 // When failing high/low give some update (without cluttering
360                 // the UI) before a re-search.
361                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
362                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
363                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
364
365                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
366                 // re-search, otherwise exit the loop.
367                 if (bestValue <= alpha)
368                 {
369                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
370
371                     Signals.failedLowAtRoot = true;
372                     Signals.stopOnPonderhit = false;
373                 }
374                 else if (bestValue >= beta)
375                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
376
377                 else
378                     break;
379
380                 delta += delta / 2;
381
382                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
383             }
384
385             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
386             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
387
388             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
389                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
390         }
391
392         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
393         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
394             skill.pick_move();
395
396         if (Options["Write Search Log"])
397         {
398             RootMove& rm = RootMoves[0];
399             if (skill.best != MOVE_NONE)
400                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
401
402             Log log(Options["Search Log Filename"]);
403             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
404                 << std::endl;
405         }
406
407         // Have we found a "mate in x"?
408         if (   Limits.mate
409             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
410             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
411             Signals.stop = true;
412
413         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
414         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
415         {
416             // Take some extra time if the best move has changed
417             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
418                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
419
420             // Stop the search if only one legal move is available or all
421             // of the available time has been used.
422             if (   RootMoves.size() == 1
423                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
424             {
425                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
426                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
427                 if (Limits.ponder)
428                     Signals.stopOnPonderhit = true;
429                 else
430                     Signals.stop = true;
431             }
432         }
433     }
434   }
435
436
437   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
438   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
439   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
440   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
441   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
442   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
443
444   template <NodeType NT, bool SpNode>
445   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
446
447     const bool RootNode = NT == Root;
448     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
449
450     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
451     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
452     assert(depth > DEPTH_ZERO);
453
454     Move quietsSearched[64];
455     StateInfo st;
456     const TTEntry *tte;
457     SplitPoint* splitPoint;
458     Key posKey;
459     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
460     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
461     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
462     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
463     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
464     int moveCount, quietCount;
465
466     // Step 1. Initialize node
467     Thread* thisThread = pos.this_thread();
468     inCheck = pos.checkers();
469
470     if (SpNode)
471     {
472         splitPoint = ss->splitPoint;
473         bestMove   = splitPoint->bestMove;
474         bestValue  = splitPoint->bestValue;
475         tte = NULL;
476         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
477         ttValue = VALUE_NONE;
478
479         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
480
481         goto moves_loop;
482     }
483
484     moveCount = quietCount = 0;
485     bestValue = -VALUE_INFINITE;
486     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
487     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
488     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
489     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
490
491     // Used to send selDepth info to GUI
492     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
493         thisThread->maxPly = ss->ply;
494
495     if (!RootNode)
496     {
497         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
498         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
499             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
500
501         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
502         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
503         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
504         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
505         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
506         // mate. In this case return a fail-high score.
507         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
508         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
509         if (alpha >= beta)
510             return alpha;
511     }
512
513     // Step 4. Transposition table lookup
514     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
515     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
516     excludedMove = ss->excludedMove;
517     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
518     tte = TT.probe(posKey);
519     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
520     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
521
522     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
523     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
524     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
525     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
526     if (   !RootNode
527         && tte
528         && tte->depth() >= depth
529         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
530         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
531             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
532                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
533     {
534         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
535
536         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
537         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
538             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
539
540         return ttValue;
541     }
542
543     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
544     if (inCheck)
545     {
546         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
547         goto moves_loop;
548     }
549
550     else if (tte)
551     {
552         // Never assume anything on values stored in TT
553         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
554             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
555
556         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
557         if (ttValue != VALUE_NONE)
558             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
559                 eval = ttValue;
560     }
561     else
562     {
563         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
564         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
565     }
566
567     if (   !pos.captured_piece_type()
568         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
569         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
570         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
571         &&  type_of(move) == NORMAL)
572     {
573         Square to = to_sq(move);
574         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
575     }
576
577     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
578     if (   !PvNode
579         &&  depth < 4 * ONE_PLY
580         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
581         &&  ttMove == MOVE_NONE
582         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
583         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
584     {
585         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
586         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
587         if (v <= ralpha)
588             return v;
589     }
590
591     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
592     if (   !PvNode
593         && !ss->skipNullMove
594         &&  depth < 7 * ONE_PLY
595         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
596         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
597         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
598         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
599         return eval - futility_margin(depth);
600
601     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
602     if (   !PvNode
603         && !ss->skipNullMove
604         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
605         &&  eval >= beta
606         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
607         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
608     {
609         ss->currentMove = MOVE_NULL;
610
611         assert(eval - beta >= 0);
612
613         // Null move dynamic reduction based on depth and value
614         Depth R =  3 * ONE_PLY
615                  + depth / 4
616                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
617
618         pos.do_null_move(st);
619         (ss+1)->skipNullMove = true;
620         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
621                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
622         (ss+1)->skipNullMove = false;
623         pos.undo_null_move();
624
625         if (nullValue >= beta)
626         {
627             // Do not return unproven mate scores
628             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
629                 nullValue = beta;
630
631             if (depth < 12 * ONE_PLY)
632                 return nullValue;
633
634             // Do verification search at high depths
635             ss->skipNullMove = true;
636             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
637                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
638             ss->skipNullMove = false;
639
640             if (v >= beta)
641                 return nullValue;
642         }
643     }
644
645     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
646     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
647     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
648     // prune the previous move.
649     if (   !PvNode
650         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
651         && !ss->skipNullMove
652         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
653     {
654         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
655         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
656
657         assert(rdepth >= ONE_PLY);
658         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
659         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
660
661         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
662         CheckInfo ci(pos);
663
664         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
665             if (pos.legal(move, ci.pinned))
666             {
667                 ss->currentMove = move;
668                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
669                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
670                 pos.undo_move(move);
671                 if (value >= rbeta)
672                     return value;
673             }
674     }
675
676     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
677     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
678         && !ttMove
679         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
680     {
681         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
682
683         ss->skipNullMove = true;
684         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
685         ss->skipNullMove = false;
686
687         tte = TT.probe(posKey);
688         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
689     }
690
691 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
692
693     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
694     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
695                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
696
697     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
698     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
699                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
700
701     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
702     CheckInfo ci(pos);
703     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
704     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
705                || ss->staticEval == VALUE_NONE
706                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
707
708     singularExtensionNode =   !RootNode
709                            && !SpNode
710                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
711                            &&  ttMove != MOVE_NONE
712                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
713                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
714                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
715
716     // Step 11. Loop through moves
717     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
718     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
719     {
720       assert(is_ok(move));
721
722       if (move == excludedMove)
723           continue;
724
725       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
726       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
727       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
728       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
729           continue;
730
731       if (SpNode)
732       {
733           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
734           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
735               continue;
736
737           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
738           splitPoint->mutex.unlock();
739       }
740       else
741           ++moveCount;
742
743       if (RootNode)
744       {
745           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
746
747           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
748               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
749                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
750                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
751       }
752
753       ext = DEPTH_ZERO;
754       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
755
756       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
757                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
758                   : pos.gives_check(move, ci);
759
760       dangerous =   givesCheck
761                  || type_of(move) != NORMAL
762                  || pos.advanced_pawn_push(move);
763
764       // Step 12. Extend checks
765       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
766           ext = ONE_PLY;
767
768       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
769       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
770       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
771       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
772       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
773       if (    singularExtensionNode
774           &&  move == ttMove
775           && !ext
776           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
777           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
778       {
779           assert(ttValue != VALUE_NONE);
780
781           Value rBeta = ttValue - int(depth);
782           ss->excludedMove = move;
783           ss->skipNullMove = true;
784           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
785           ss->skipNullMove = false;
786           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
787
788           if (value < rBeta)
789               ext = ONE_PLY;
790       }
791
792       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
793       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
794
795       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
796       if (   !PvNode
797           && !captureOrPromotion
798           && !inCheck
799           && !dangerous
800        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
801           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
802       {
803           // Move count based pruning
804           if (   depth < 16 * ONE_PLY
805               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
806           {
807               if (SpNode)
808                   splitPoint->mutex.lock();
809
810               continue;
811           }
812
813           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
814
815           // Futility pruning: parent node
816           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
817           {
818               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
819                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
820
821               if (futilityValue <= alpha)
822               {
823                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
824
825                   if (SpNode)
826                   {
827                       splitPoint->mutex.lock();
828                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
829                           splitPoint->bestValue = bestValue;
830                   }
831                   continue;
832               }
833           }
834
835           // Prune moves with negative SEE at low depths
836           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
837           {
838               if (SpNode)
839                   splitPoint->mutex.lock();
840
841               continue;
842           }
843       }
844
845       // Check for legality just before making the move
846       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
847       {
848           moveCount--;
849           continue;
850       }
851
852       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
853       ss->currentMove = move;
854       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
855           quietsSearched[quietCount++] = move;
856
857       // Step 14. Make the move
858       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
859
860       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
861       // re-searched at full depth.
862       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
863           && !pvMove
864           && !captureOrPromotion
865           &&  move != ttMove
866           &&  move != ss->killers[0]
867           &&  move != ss->killers[1])
868       {
869           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
870
871           if (!PvNode && cutNode)
872               ss->reduction += ONE_PLY;
873
874           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
875               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
876
877           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
878               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
879
880           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
881           if (SpNode)
882               alpha = splitPoint->alpha;
883
884           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
885
886           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
887           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
888           {
889               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
890               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
891           }
892
893           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
894           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
895       }
896       else
897           doFullDepthSearch = !pvMove;
898
899       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
900       if (doFullDepthSearch)
901       {
902           if (SpNode)
903               alpha = splitPoint->alpha;
904
905           value = newDepth < ONE_PLY ?
906                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
907                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
908                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
909       }
910
911       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
912       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
913       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
914       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
915           value = newDepth < ONE_PLY ?
916                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
917                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
918                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
919       // Step 17. Undo move
920       pos.undo_move(move);
921
922       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
923
924       // Step 18. Check for new best move
925       if (SpNode)
926       {
927           splitPoint->mutex.lock();
928           bestValue = splitPoint->bestValue;
929           alpha = splitPoint->alpha;
930       }
931
932       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
933       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
934       // updating best move, PV and TT.
935       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
936           return VALUE_ZERO;
937
938       if (RootNode)
939       {
940           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
941
942           // PV move or new best move ?
943           if (pvMove || value > alpha)
944           {
945               rm.score = value;
946               rm.extract_pv_from_tt(pos);
947
948               // We record how often the best move has been changed in each
949               // iteration. This information is used for time management: When
950               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
951               if (!pvMove)
952                   ++BestMoveChanges;
953           }
954           else
955               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
956               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
957               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
958               rm.score = -VALUE_INFINITE;
959       }
960
961       if (value > bestValue)
962       {
963           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
964
965           if (value > alpha)
966           {
967               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
968
969               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
970                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
971               else
972               {
973                   assert(value >= beta); // Fail high
974
975                   if (SpNode)
976                       splitPoint->cutoff = true;
977
978                   break;
979               }
980           }
981       }
982
983       // Step 19. Check for splitting the search
984       if (   !SpNode
985           &&  Threads.size() >= 2
986           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
987           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
988                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
989           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
990       {
991           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
992
993           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
994                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
995
996           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
997               return VALUE_ZERO;
998
999           if (bestValue >= beta)
1000               break;
1001       }
1002     }
1003
1004     if (SpNode)
1005         return bestValue;
1006
1007     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1008     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1009     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1010     /*
1011        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1012         return VALUE_DRAW;
1013     */
1014
1015     // Step 20. Check for mate and stalemate
1016     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1017     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1018     // return a fail low score.
1019     if (!moveCount)
1020         return  excludedMove ? alpha
1021               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1022
1023     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1024              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1025              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1026              depth, bestMove, ss->staticEval);
1027
1028     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1029     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1030         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1031
1032     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1033
1034     return bestValue;
1035   }
1036
1037
1038   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1039   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1040   // less than ONE_PLY).
1041
1042   template <NodeType NT, bool InCheck>
1043   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1044
1045     const bool PvNode = NT == PV;
1046
1047     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1048     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1049     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1050     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1051     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1052
1053     StateInfo st;
1054     const TTEntry* tte;
1055     Key posKey;
1056     Move ttMove, move, bestMove;
1057     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1058     bool givesCheck, evasionPrunable;
1059     Depth ttDepth;
1060
1061     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1062     if (PvNode)
1063         oldAlpha = alpha;
1064
1065     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1066     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1067
1068     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1069     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1070         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1071
1072     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1073     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1074     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1075     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1076                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1077
1078     // Transposition table lookup
1079     posKey = pos.key();
1080     tte = TT.probe(posKey);
1081     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1082     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1083
1084     if (   tte
1085         && tte->depth() >= ttDepth
1086         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1087         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1088             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1089                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1090     {
1091         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1092         return ttValue;
1093     }
1094
1095     // Evaluate the position statically
1096     if (InCheck)
1097     {
1098         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1099         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1100     }
1101     else
1102     {
1103         if (tte)
1104         {
1105             // Never assume anything on values stored in TT
1106             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1107                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1108
1109             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1110             if (ttValue != VALUE_NONE)
1111                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1112                     bestValue = ttValue;
1113         }
1114         else
1115             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1116
1117         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1118         if (bestValue >= beta)
1119         {
1120             if (!tte)
1121                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1122                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1123
1124             return bestValue;
1125         }
1126
1127         if (PvNode && bestValue > alpha)
1128             alpha = bestValue;
1129
1130         futilityBase = bestValue + 128;
1131     }
1132
1133     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1134     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1135     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1136     // be generated.
1137     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1138     CheckInfo ci(pos);
1139
1140     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1141     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1142     {
1143       assert(is_ok(move));
1144
1145       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1146                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1147                   : pos.gives_check(move, ci);
1148
1149       // Futility pruning
1150       if (   !PvNode
1151           && !InCheck
1152           && !givesCheck
1153           &&  move != ttMove
1154           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1155           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1156       {
1157           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1158
1159           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1160
1161           if (futilityValue < beta)
1162           {
1163               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1164               continue;
1165           }
1166
1167           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1168           {
1169               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1170               continue;
1171           }
1172       }
1173
1174       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1175       evasionPrunable =    InCheck
1176                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1177                        && !pos.capture(move)
1178                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1179
1180       // Don't search moves with negative SEE values
1181       if (   !PvNode
1182           && (!InCheck || evasionPrunable)
1183           &&  move != ttMove
1184           &&  type_of(move) != PROMOTION
1185           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1186           continue;
1187
1188       // Check for legality just before making the move
1189       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1190           continue;
1191
1192       ss->currentMove = move;
1193
1194       // Make and search the move
1195       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1196       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1197                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1198       pos.undo_move(move);
1199
1200       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1201
1202       // Check for new best move
1203       if (value > bestValue)
1204       {
1205           bestValue = value;
1206
1207           if (value > alpha)
1208           {
1209               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1210               {
1211                   alpha = value;
1212                   bestMove = move;
1213               }
1214               else // Fail high
1215               {
1216                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1217                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1218
1219                   return value;
1220               }
1221           }
1222        }
1223     }
1224
1225     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1226     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1227     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1228         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1229
1230     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1231              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1232              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1233
1234     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1235
1236     return bestValue;
1237   }
1238
1239
1240   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1241   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1242   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1243
1244   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1245
1246     assert(v != VALUE_NONE);
1247
1248     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1249           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1250   }
1251
1252
1253   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1254   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1255   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1256
1257   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1258
1259     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1260           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1261           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1262   }
1263
1264
1265   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1266   // of a quiet move.
1267
1268   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1269
1270     if (ss->killers[0] != move)
1271     {
1272         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1273         ss->killers[0] = move;
1274     }
1275
1276     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1277     // played quiet moves.
1278     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1279     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1280     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1281     {
1282         Move m = quiets[i];
1283         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1284     }
1285
1286     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1287     {
1288         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1289         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1290     }
1291
1292     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1293     {
1294         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1295         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1296     }
1297   }
1298
1299
1300   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1301   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1302
1303   Move Skill::pick_move() {
1304
1305     static RKISS rk;
1306
1307     // PRNG sequence should be not deterministic
1308     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1309         rk.rand<unsigned>();
1310
1311     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1312     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1313     int weakness = 120 - 2 * level;
1314     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1315     best = MOVE_NONE;
1316
1317     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1318     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1319     // then we choose the move with the resulting highest score.
1320     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1321     {
1322         int s = RootMoves[i].score;
1323
1324         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1325         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1326             break;
1327
1328         // This is our magic formula
1329         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1330               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1331
1332         if (s > max_s)
1333         {
1334             max_s = s;
1335             best = RootMoves[i].pv[0];
1336         }
1337     }
1338     return best;
1339   }
1340
1341
1342   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1343   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1344   // search score.
1345
1346   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1347
1348     std::stringstream ss;
1349     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1350     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1351     int selDepth = 0;
1352
1353     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1354         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1355             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1356
1357     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1358     {
1359         bool updated = (i <= PVIdx);
1360
1361         if (depth == 1 && !updated)
1362             continue;
1363
1364         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1365         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1366
1367         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1368             ss << "\n";
1369
1370         ss << "info depth " << d
1371            << " seldepth "  << selDepth
1372            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1373            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1374            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1375            << " time "      << elapsed
1376            << " multipv "   << i + 1
1377            << " pv";
1378
1379         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1380             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1381     }
1382
1383     return ss.str();
1384   }
1385
1386 } // namespace
1387
1388
1389 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1390 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1391 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1392 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1393
1394 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1395
1396   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1397   const TTEntry* tte;
1398   int ply = 0;
1399   Move m = pv[0];
1400
1401   pv.clear();
1402
1403   do {
1404       pv.push_back(m);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1407
1408       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1409       tte = TT.probe(pos.key());
1410
1411   } while (   tte
1412            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1413            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1414            && ply < MAX_PLY
1415            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1416
1417   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1418
1419   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1420 }
1421
1422
1423 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1424 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1425 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1426
1427 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1428
1429   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1430   const TTEntry* tte;
1431   int ply = 0;
1432
1433   do {
1434       tte = TT.probe(pos.key());
1435
1436       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1437           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1438
1439       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1440
1441       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1442
1443   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1444
1445   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1446 }
1447
1448
1449 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1450
1451 void Thread::idle_loop() {
1452
1453   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1454   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1455   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1456
1457   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1458
1459   while (true)
1460   {
1461       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1462       // wasting CPU time polling for work.
1463       while (!searching || exit)
1464       {
1465           if (exit)
1466           {
1467               assert(!this_sp);
1468               return;
1469           }
1470
1471           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1472           mutex.lock();
1473
1474           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1475           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1476           {
1477               mutex.unlock();
1478               break;
1479           }
1480
1481           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1482           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1483           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1484           // we had the chance to grab the lock.
1485           if (!searching && !exit)
1486               sleepCondition.wait(mutex);
1487
1488           mutex.unlock();
1489       }
1490
1491       // If this thread has been assigned work, launch a search
1492       if (searching)
1493       {
1494           assert(!exit);
1495
1496           Threads.mutex.lock();
1497
1498           assert(searching);
1499           assert(activeSplitPoint);
1500           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1501
1502           Threads.mutex.unlock();
1503
1504           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1505           Position pos(*sp->pos, this);
1506
1507           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1508           ss->splitPoint = sp;
1509
1510           sp->mutex.lock();
1511
1512           assert(activePosition == NULL);
1513
1514           activePosition = &pos;
1515
1516           if (sp->nodeType == NonPV)
1517               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1518
1519           else if (sp->nodeType == PV)
1520               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1521
1522           else if (sp->nodeType == Root)
1523               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1524
1525           else
1526               assert(false);
1527
1528           assert(searching);
1529
1530           searching = false;
1531           activePosition = NULL;
1532           sp->slavesMask.reset(idx);
1533           sp->allSlavesSearching = false;
1534           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1535
1536           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1537           // loop in case we are the last slave of the split point.
1538           if (    this != sp->masterThread
1539               &&  sp->slavesMask.none())
1540           {
1541               assert(!sp->masterThread->searching);
1542               sp->masterThread->notify_one();
1543           }
1544
1545           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1546           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1547           // the sp master.
1548           sp->mutex.unlock();
1549
1550           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1551           // already finished.
1552           if (Threads.size() > 2)
1553               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1554               {
1555                   int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1556                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1557
1558                   if (   sp
1559                       && sp->allSlavesSearching
1560                       && available_to(Threads[i]))
1561                   {
1562                       // Recheck the conditions under lock protection
1563                       Threads.mutex.lock();
1564                       sp->mutex.lock();
1565
1566                       if (   sp->allSlavesSearching
1567                           && available_to(Threads[i]))
1568                       {
1569                            sp->slavesMask.set(idx);
1570                            activeSplitPoint = sp;
1571                            searching = true;
1572                       }
1573
1574                       sp->mutex.unlock();
1575                       Threads.mutex.unlock();
1576
1577                       break; // Just a single attempt
1578                   }
1579               }
1580       }
1581
1582       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1583       // their work at this split point, return from the idle loop.
1584       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1585       {
1586           this_sp->mutex.lock();
1587           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1588           this_sp->mutex.unlock();
1589           if (finished)
1590               return;
1591       }
1592   }
1593 }
1594
1595
1596 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1597 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1598 /// available time and thus stop the search.
1599
1600 void check_time() {
1601
1602   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1603   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1604
1605   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1606   {
1607       lastInfoTime = Time::now();
1608       dbg_print();
1609   }
1610
1611   if (Limits.ponder)
1612       return;
1613
1614   if (Limits.nodes)
1615   {
1616       Threads.mutex.lock();
1617
1618       nodes = RootPos.nodes_searched();
1619
1620       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1621       // all the currently active positions nodes.
1622       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1623           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1624           {
1625               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1626
1627               sp.mutex.lock();
1628
1629               nodes += sp.nodes;
1630
1631               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1632                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1633                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1634
1635               sp.mutex.unlock();
1636           }
1637
1638       Threads.mutex.unlock();
1639   }
1640
1641   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1642   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1643                          && !Signals.failedLowAtRoot
1644                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1645
1646   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1647                    || stillAtFirstMove;
1648
1649   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1650       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1651       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1652       Signals.stop = true;
1653 }