]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Check for an available slave early on
[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 "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.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   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
56   const bool FakeSplit = false;
57
58   // Different node types, used as template parameter
59   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
60
61   // Dynamic razoring margin based on depth
62   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
63
64   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
65   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
66
67   inline Value futility_margin(Depth d) {
68     return Value(100 * d);
69   }
70
71   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
72   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75
76     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   size_t MultiPV, PVIdx;
80   TimeManager TimeMgr;
81   double BestMoveChanges;
82   Value DrawValue[COLOR_NB];
83   HistoryStats History;
84   GainsStats Gains;
85   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
86
87   template <NodeType NT, bool SpNode>
88   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
89
90   template <NodeType NT, bool InCheck>
91   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
92
93   void id_loop(Position& pos);
94   Value value_to_tt(Value v, int ply);
95   Value value_from_tt(Value v, int ply);
96   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
97   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
98
99   struct Skill {
100     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
101    ~Skill() {
102       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
103           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
104                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
105     }
106
107     bool enabled() const { return level < 20; }
108     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
109     Move pick_move();
110
111     int level;
112     Move best;
113   };
114
115 } // namespace
116
117
118 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
119
120 void Search::init() {
121
122   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
123   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
124   int mc; // moveCount
125
126   // Init reductions array
127   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
128   {
129       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
130       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
131       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
132       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
133
134       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
135       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
136
137       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
139
140       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
142   }
143
144   // Init futility move count array
145   for (d = 0; d < 32; ++d)
146   {
147       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
148       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
149   }
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   uint64_t cnt = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
166       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
167       pos.undo_move(*it);
168   }
169   return cnt;
170 }
171
172 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
173   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
174 }
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
183
184   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
185   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
186   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["Write Search Log"])
199   {
200       Log log(Options["Search Log Filename"]);
201       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
202           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
203           << " ponder: "      << Limits.ponder
204           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
205           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
206           << " moves to go: " << Limits.movestogo
207           << "\n" << std::endl;
208   }
209
210   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
211   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
212       Threads[i]->maxPly = 0;
213
214   Threads.timer->run = true;
215   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
216
217   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
218
219   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
220
221   if (Options["Write Search Log"])
222   {
223       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
224
225       Log log(Options["Search Log Filename"]);
226       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
227           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
228           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
229
230       StateInfo st;
231       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
232       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
233       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
234   }
235
236 finalize:
237
238   // When search is stopped this info is not printed
239   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
240             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
241
242   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
243   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
244   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
245   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
246   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
247   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
248   {
249       Signals.stopOnPonderhit = true;
250       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
251   }
252
253   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
254   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
255             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
256             << sync_endl;
257 }
258
259
260 namespace {
261
262   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
263   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
264   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
265
266   void id_loop(Position& pos) {
267
268     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
269     int depth;
270     Value bestValue, alpha, beta, delta;
271
272     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
273
274     depth = 0;
275     BestMoveChanges = 0;
276     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
277     beta = VALUE_INFINITE;
278
279     TT.new_search();
280     History.clear();
281     Gains.clear();
282     Countermoves.clear();
283     Followupmoves.clear();
284
285     MultiPV = Options["MultiPV"];
286     Skill skill(Options["Skill Level"]);
287
288     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
289     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
290     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
291         MultiPV = 4;
292
293     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
294
295     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
296     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
297     {
298         // Age out PV variability metric
299         BestMoveChanges *= 0.5;
300
301         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
302         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
303         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
304             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
305
306         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
307         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
308         {
309             // Reset aspiration window starting size
310             if (depth >= 5)
311             {
312                 delta = Value(16);
313                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
314                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
315             }
316
317             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
318             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
319             // high/low anymore.
320             while (true)
321             {
322                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
323
324                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
325                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
326                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
327                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
328                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
329                 // search the already searched PV lines are preserved.
330                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
331
332                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
333                 // entries have been overwritten during the search.
334                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
335                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
336
337                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
338                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
339                 // valid, although it refers to previous iteration.
340                 if (Signals.stop)
341                     break;
342
343                 // When failing high/low give some update (without cluttering
344                 // the UI) before a re-search.
345                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
346                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
347                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
348
349                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
350                 // re-search, otherwise exit the loop.
351                 if (bestValue <= alpha)
352                 {
353                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
354
355                     Signals.failedLowAtRoot = true;
356                     Signals.stopOnPonderhit = false;
357                 }
358                 else if (bestValue >= beta)
359                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
360
361                 else
362                     break;
363
364                 delta += delta / 2;
365
366                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
367             }
368
369             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
370             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
371
372             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
373                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
374         }
375
376         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
377         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
378             skill.pick_move();
379
380         if (Options["Write Search Log"])
381         {
382             RootMove& rm = RootMoves[0];
383             if (skill.best != MOVE_NONE)
384                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
385
386             Log log(Options["Search Log Filename"]);
387             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
388                 << std::endl;
389         }
390
391         // Have we found a "mate in x"?
392         if (   Limits.mate
393             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
394             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
395             Signals.stop = true;
396
397         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
398         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
399         {
400             // Take some extra time if the best move has changed
401             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
402                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
403
404             // Stop the search if only one legal move is available or all
405             // of the available time has been used.
406             if (   RootMoves.size() == 1
407                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
408             {
409                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
410                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
411                 if (Limits.ponder)
412                     Signals.stopOnPonderhit = true;
413                 else
414                     Signals.stop = true;
415             }
416         }
417     }
418   }
419
420
421   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
422   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
423   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
424   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
425   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
426   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
427
428   template <NodeType NT, bool SpNode>
429   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
430
431     const bool RootNode = NT == Root;
432     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
433
434     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
435     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
436     assert(depth > DEPTH_ZERO);
437
438     Move quietsSearched[64];
439     StateInfo st;
440     const TTEntry *tte;
441     SplitPoint* splitPoint;
442     Key posKey;
443     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
444     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
445     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
446     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
447     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
448     int moveCount, quietCount;
449
450     // Step 1. Initialize node
451     Thread* thisThread = pos.this_thread();
452     inCheck = pos.checkers();
453
454     if (SpNode)
455     {
456         splitPoint = ss->splitPoint;
457         bestMove   = splitPoint->bestMove;
458         bestValue  = splitPoint->bestValue;
459         tte = NULL;
460         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
461         ttValue = VALUE_NONE;
462
463         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
464
465         goto moves_loop;
466     }
467
468     moveCount = quietCount = 0;
469     bestValue = -VALUE_INFINITE;
470     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
471     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
472     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
473     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
474
475     // Used to send selDepth info to GUI
476     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
477         thisThread->maxPly = ss->ply;
478
479     if (!RootNode)
480     {
481         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
482         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
483             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
484
485         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
486         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
487         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
488         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
489         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
490         // mate. In this case return a fail-high score.
491         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
492         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
493         if (alpha >= beta)
494             return alpha;
495     }
496
497     // Step 4. Transposition table lookup
498     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
499     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
500     excludedMove = ss->excludedMove;
501     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
502     tte = TT.probe(posKey);
503     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
504     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
505
506     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
507     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
508     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
509     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
510     if (   !RootNode
511         && tte
512         && tte->depth() >= depth
513         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
514         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
515             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
516                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
517     {
518         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
519
520         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
521         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
522             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
523
524         return ttValue;
525     }
526
527     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
528     if (inCheck)
529     {
530         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
531         goto moves_loop;
532     }
533
534     else if (tte)
535     {
536         // Never assume anything on values stored in TT
537         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
538             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
539
540         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
541         if (ttValue != VALUE_NONE)
542             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
543                 eval = ttValue;
544     }
545     else
546     {
547         eval = ss->staticEval =
548         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
549
550         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
551     }
552
553     if (   !pos.captured_piece_type()
554         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
555         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
556         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
557         &&  move != MOVE_NONE
558         &&  type_of(move) == NORMAL)
559     {
560         Square to = to_sq(move);
561         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
562     }
563
564     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
565     if (   !PvNode
566         &&  depth < 4 * ONE_PLY
567         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
568         &&  ttMove == MOVE_NONE
569         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
570         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
571     {
572         if (   depth <= ONE_PLY
573             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
574             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
575
576         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
577         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
578         if (v <= ralpha)
579             return v;
580     }
581
582     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
583     if (   !PvNode
584         && !ss->skipNullMove
585         &&  depth < 7 * ONE_PLY
586         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
587         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
588         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
589         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
590         return eval - futility_margin(depth);
591
592     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
593     if (   !PvNode
594         && !ss->skipNullMove
595         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
596         &&  eval >= beta
597         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
598         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
599     {
600         ss->currentMove = MOVE_NULL;
601
602         assert(eval - beta >= 0);
603
604         // Null move dynamic reduction based on depth and value
605         Depth R =  3 * ONE_PLY
606                  + depth / 4
607                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
608
609         pos.do_null_move(st);
610         (ss+1)->skipNullMove = true;
611         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
612                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
613         (ss+1)->skipNullMove = false;
614         pos.undo_null_move();
615
616         if (nullValue >= beta)
617         {
618             // Do not return unproven mate scores
619             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
620                 nullValue = beta;
621
622             if (depth < 12 * ONE_PLY)
623                 return nullValue;
624
625             // Do verification search at high depths
626             ss->skipNullMove = true;
627             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
628                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
629             ss->skipNullMove = false;
630
631             if (v >= beta)
632                 return nullValue;
633         }
634     }
635
636     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
637     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
638     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
639     // prune the previous move.
640     if (   !PvNode
641         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
642         && !ss->skipNullMove
643         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
644     {
645         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
646         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
647
648         assert(rdepth >= ONE_PLY);
649         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
650         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
651
652         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
653         CheckInfo ci(pos);
654
655         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
656             if (pos.legal(move, ci.pinned))
657             {
658                 ss->currentMove = move;
659                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
660                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
661                 pos.undo_move(move);
662                 if (value >= rbeta)
663                     return value;
664             }
665     }
666
667     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
668     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
669         && !ttMove
670         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
671     {
672         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
673
674         ss->skipNullMove = true;
675         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
676         ss->skipNullMove = false;
677
678         tte = TT.probe(posKey);
679         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
680     }
681
682 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
683
684     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
685     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
686                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
687
688     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
689     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
690                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
691
692     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
693     CheckInfo ci(pos);
694     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
695     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
696                || ss->staticEval == VALUE_NONE
697                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
698
699     singularExtensionNode =   !RootNode
700                            && !SpNode
701                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
702                            &&  ttMove != MOVE_NONE
703                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
704                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
705                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
706
707     // Step 11. Loop through moves
708     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
709     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
710     {
711       assert(is_ok(move));
712
713       if (move == excludedMove)
714           continue;
715
716       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
717       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
718       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
719       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
720           continue;
721
722       if (SpNode)
723       {
724           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
725           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
726               continue;
727
728           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
729           splitPoint->mutex.unlock();
730       }
731       else
732           ++moveCount;
733
734       if (RootNode)
735       {
736           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
737
738           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
739               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
740                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
741                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
742       }
743
744       ext = DEPTH_ZERO;
745       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
746
747       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
748                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
749                   : pos.gives_check(move, ci);
750
751       dangerous =   givesCheck
752                  || type_of(move) != NORMAL
753                  || pos.advanced_pawn_push(move);
754
755       // Step 12. Extend checks
756       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
757           ext = ONE_PLY;
758
759       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
760       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
761       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
762       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
763       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
764       if (    singularExtensionNode
765           &&  move == ttMove
766           && !ext
767           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
768           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
769       {
770           assert(ttValue != VALUE_NONE);
771
772           Value rBeta = ttValue - int(depth);
773           ss->excludedMove = move;
774           ss->skipNullMove = true;
775           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
776           ss->skipNullMove = false;
777           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
778
779           if (value < rBeta)
780               ext = ONE_PLY;
781       }
782
783       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
784       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
785
786       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
787       if (   !PvNode
788           && !captureOrPromotion
789           && !inCheck
790           && !dangerous
791        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
792           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
793       {
794           // Move count based pruning
795           if (   depth < 16 * ONE_PLY
796               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
797           {
798               if (SpNode)
799                   splitPoint->mutex.lock();
800
801               continue;
802           }
803
804           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
805
806           // Futility pruning: parent node
807           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
808           {
809               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
810                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
811
812               if (futilityValue <= alpha)
813               {
814                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
815
816                   if (SpNode)
817                   {
818                       splitPoint->mutex.lock();
819                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
820                           splitPoint->bestValue = bestValue;
821                   }
822                   continue;
823               }
824           }
825
826           // Prune moves with negative SEE at low depths
827           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
828           {
829               if (SpNode)
830                   splitPoint->mutex.lock();
831
832               continue;
833           }
834       }
835
836       // Check for legality just before making the move
837       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
838       {
839           moveCount--;
840           continue;
841       }
842
843       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
844       ss->currentMove = move;
845       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
846           quietsSearched[quietCount++] = move;
847
848       // Step 14. Make the move
849       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
850
851       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
852       // re-searched at full depth.
853       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
854           && !pvMove
855           && !captureOrPromotion
856           &&  move != ttMove
857           &&  move != ss->killers[0]
858           &&  move != ss->killers[1])
859       {
860           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
861
862           if (!PvNode && cutNode)
863               ss->reduction += ONE_PLY;
864
865           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
866               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
867
868           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
869               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
870
871           // Decrease reduction for moves that escape a capture
872           if (   ss->reduction
873               && type_of(move) == NORMAL
874               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
875               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
876               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
877
878           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
879           if (SpNode)
880               alpha = splitPoint->alpha;
881
882           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
883
884           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
885           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
886           {
887               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
888               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
889           }
890
891           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
892           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
893       }
894       else
895           doFullDepthSearch = !pvMove;
896
897       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
898       if (doFullDepthSearch)
899       {
900           if (SpNode)
901               alpha = splitPoint->alpha;
902
903           value = newDepth < ONE_PLY ?
904                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
905                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
906                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
907       }
908
909       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
910       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
911       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
912       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
913           value = newDepth < ONE_PLY ?
914                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
915                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
916                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
917       // Step 17. Undo move
918       pos.undo_move(move);
919
920       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
921
922       // Step 18. Check for new best move
923       if (SpNode)
924       {
925           splitPoint->mutex.lock();
926           bestValue = splitPoint->bestValue;
927           alpha = splitPoint->alpha;
928       }
929
930       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
931       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
932       // updating best move, PV and TT.
933       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
934           return VALUE_ZERO;
935
936       if (RootNode)
937       {
938           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
939
940           // PV move or new best move ?
941           if (pvMove || value > alpha)
942           {
943               rm.score = value;
944               rm.extract_pv_from_tt(pos);
945
946               // We record how often the best move has been changed in each
947               // iteration. This information is used for time management: When
948               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
949               if (!pvMove)
950                   ++BestMoveChanges;
951           }
952           else
953               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
954               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
955               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
956               rm.score = -VALUE_INFINITE;
957       }
958
959       if (value > bestValue)
960       {
961           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
962
963           if (value > alpha)
964           {
965               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
966
967               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
968                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
969               else
970               {
971                   assert(value >= beta); // Fail high
972
973                   if (SpNode)
974                       splitPoint->cutoff = true;
975
976                   break;
977               }
978           }
979       }
980
981       // Step 19. Check for splitting the search
982       if (   !SpNode
983           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
984           &&  Threads.available_slave(thisThread)
985           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
986                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
987           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
988       {
989           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
990
991           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
992                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
993
994           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
995               return VALUE_ZERO;
996
997           if (bestValue >= beta)
998               break;
999       }
1000     }
1001
1002     if (SpNode)
1003         return bestValue;
1004
1005     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1006     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1007     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1008     /*
1009        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1010         return VALUE_DRAW;
1011     */
1012
1013     // Step 20. Check for mate and stalemate
1014     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1015     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1016     // return a fail low score.
1017     if (!moveCount)
1018         bestValue = excludedMove ? alpha
1019                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1020
1021     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1022     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1023         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1024
1025     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1026              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1027              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1028              depth, bestMove, ss->staticEval);
1029
1030     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1031
1032     return bestValue;
1033   }
1034
1035
1036   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1037   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1038   // less than ONE_PLY).
1039
1040   template <NodeType NT, bool InCheck>
1041   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1042
1043     const bool PvNode = NT == PV;
1044
1045     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1046     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1047     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1048     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1049     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1050
1051     StateInfo st;
1052     const TTEntry* tte;
1053     Key posKey;
1054     Move ttMove, move, bestMove;
1055     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1056     bool givesCheck, evasionPrunable;
1057     Depth ttDepth;
1058
1059     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1060     if (PvNode)
1061         oldAlpha = alpha;
1062
1063     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1064     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1065
1066     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1067     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1068         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1069
1070     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1071     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1072     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1073     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1074                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1075
1076     // Transposition table lookup
1077     posKey = pos.key();
1078     tte = TT.probe(posKey);
1079     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1080     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1081
1082     if (   tte
1083         && tte->depth() >= ttDepth
1084         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1085         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1086             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1087                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1088     {
1089         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1090         return ttValue;
1091     }
1092
1093     // Evaluate the position statically
1094     if (InCheck)
1095     {
1096         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1097         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1098     }
1099     else
1100     {
1101         if (tte)
1102         {
1103             // Never assume anything on values stored in TT
1104             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1105                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1106
1107             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1108             if (ttValue != VALUE_NONE)
1109                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1110                     bestValue = ttValue;
1111         }
1112         else
1113             ss->staticEval = bestValue =
1114             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1115
1116         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1117         if (bestValue >= beta)
1118         {
1119             if (!tte)
1120                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1121                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1122
1123             return bestValue;
1124         }
1125
1126         if (PvNode && bestValue > alpha)
1127             alpha = bestValue;
1128
1129         futilityBase = bestValue + 128;
1130     }
1131
1132     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1133     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1134     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1135     // be generated.
1136     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1137     CheckInfo ci(pos);
1138
1139     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1140     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1141     {
1142       assert(is_ok(move));
1143
1144       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1145                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1146                   : pos.gives_check(move, ci);
1147
1148       // Futility pruning
1149       if (   !PvNode
1150           && !InCheck
1151           && !givesCheck
1152           &&  move != ttMove
1153           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1154           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1155       {
1156           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1157
1158           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1159
1160           if (futilityValue < beta)
1161           {
1162               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1163               continue;
1164           }
1165
1166           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1167           {
1168               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1169               continue;
1170           }
1171       }
1172
1173       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1174       evasionPrunable =    InCheck
1175                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1176                        && !pos.capture(move)
1177                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1178
1179       // Don't search moves with negative SEE values
1180       if (   !PvNode
1181           && (!InCheck || evasionPrunable)
1182           &&  move != ttMove
1183           &&  type_of(move) != PROMOTION
1184           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1185           continue;
1186
1187       // Check for legality just before making the move
1188       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1189           continue;
1190
1191       ss->currentMove = move;
1192
1193       // Make and search the move
1194       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1195       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1196                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1197       pos.undo_move(move);
1198
1199       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1200
1201       // Check for new best move
1202       if (value > bestValue)
1203       {
1204           bestValue = value;
1205
1206           if (value > alpha)
1207           {
1208               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1209               {
1210                   alpha = value;
1211                   bestMove = move;
1212               }
1213               else // Fail high
1214               {
1215                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1216                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1217
1218                   return value;
1219               }
1220           }
1221        }
1222     }
1223
1224     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1225     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1226     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1227         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1228
1229     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1230              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1231              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1232
1233     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1234
1235     return bestValue;
1236   }
1237
1238
1239   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1240   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1241   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1242
1243   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1244
1245     assert(v != VALUE_NONE);
1246
1247     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1248           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1249   }
1250
1251
1252   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1253   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1254   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1255
1256   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1257
1258     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1259           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1260           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1261   }
1262
1263
1264   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1265   // of a quiet move.
1266
1267   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1268
1269     if (ss->killers[0] != move)
1270     {
1271         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1272         ss->killers[0] = move;
1273     }
1274
1275     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1276     // played quiet moves.
1277     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1278     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1279     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1280     {
1281         Move m = quiets[i];
1282         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1283     }
1284
1285     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1286     {
1287         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1288         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1289     }
1290
1291     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1292     {
1293         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1294         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1295     }
1296   }
1297
1298
1299   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1300   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1301
1302   Move Skill::pick_move() {
1303
1304     static RKISS rk;
1305
1306     // PRNG sequence should be not deterministic
1307     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1308         rk.rand<unsigned>();
1309
1310     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1311     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1312     int weakness = 120 - 2 * level;
1313     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1314     best = MOVE_NONE;
1315
1316     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1317     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1318     // then we choose the move with the resulting highest score.
1319     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1320     {
1321         int s = RootMoves[i].score;
1322
1323         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1324         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1325             break;
1326
1327         // This is our magic formula
1328         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1329               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1330
1331         if (s > max_s)
1332         {
1333             max_s = s;
1334             best = RootMoves[i].pv[0];
1335         }
1336     }
1337     return best;
1338   }
1339
1340
1341   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1342   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1343   // search score.
1344
1345   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1346
1347     std::stringstream ss;
1348     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1349     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1350     int selDepth = 0;
1351
1352     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1353         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1354             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1355
1356     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1357     {
1358         bool updated = (i <= PVIdx);
1359
1360         if (depth == 1 && !updated)
1361             continue;
1362
1363         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1364         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1365
1366         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1367             ss << "\n";
1368
1369         ss << "info depth " << d
1370            << " seldepth "  << selDepth
1371            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1372            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1373            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1374            << " time "      << elapsed
1375            << " multipv "   << i + 1
1376            << " pv";
1377
1378         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1379             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1380     }
1381
1382     return ss.str();
1383   }
1384
1385 } // namespace
1386
1387
1388 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1389 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1390 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1391 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1392
1393 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1394
1395   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1396   const TTEntry* tte;
1397   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1398   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1399   Value expectedScore = score;
1400
1401   pv.clear();
1402
1403   do {
1404       pv.push_back(m);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1407
1408       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1409       tte = TT.probe(pos.key());
1410       expectedScore = -expectedScore;
1411
1412   } while (   tte
1413            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1414            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1415            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1416            && ply < MAX_PLY
1417            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1418
1419   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1420
1421   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1422 }
1423
1424
1425 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1426 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1427 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1428
1429 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1430
1431   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1432   const TTEntry* tte;
1433   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1434
1435   do {
1436       tte = TT.probe(pos.key());
1437
1438       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1439           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1440
1441       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1442
1443       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1444
1445   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1446
1447   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1448 }
1449
1450
1451 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1452
1453 void Thread::idle_loop() {
1454
1455   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1456   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1457   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1458
1459   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1460
1461   while (true)
1462   {
1463       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1464       // wasting CPU time polling for work.
1465       while (!searching || exit)
1466       {
1467           if (exit)
1468           {
1469               assert(!this_sp);
1470               return;
1471           }
1472
1473           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1474           mutex.lock();
1475
1476           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1477           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1478           {
1479               mutex.unlock();
1480               break;
1481           }
1482
1483           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1484           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1485           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1486           // we had the chance to grab the lock.
1487           if (!searching && !exit)
1488               sleepCondition.wait(mutex);
1489
1490           mutex.unlock();
1491       }
1492
1493       // If this thread has been assigned work, launch a search
1494       if (searching)
1495       {
1496           assert(!exit);
1497
1498           Threads.mutex.lock();
1499
1500           assert(searching);
1501           assert(activeSplitPoint);
1502           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1503
1504           Threads.mutex.unlock();
1505
1506           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1507           Position pos(*sp->pos, this);
1508
1509           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1510           ss->splitPoint = sp;
1511
1512           sp->mutex.lock();
1513
1514           assert(activePosition == NULL);
1515
1516           activePosition = &pos;
1517
1518           if (sp->nodeType == NonPV)
1519               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1520
1521           else if (sp->nodeType == PV)
1522               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else if (sp->nodeType == Root)
1525               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526
1527           else
1528               assert(false);
1529
1530           assert(searching);
1531
1532           searching = false;
1533           activePosition = NULL;
1534           sp->slavesMask.reset(idx);
1535           sp->allSlavesSearching = false;
1536           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1537
1538           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1539           // loop in case we are the last slave of the split point.
1540           if (    this != sp->masterThread
1541               &&  sp->slavesMask.none())
1542           {
1543               assert(!sp->masterThread->searching);
1544               sp->masterThread->notify_one();
1545           }
1546
1547           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1548           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1549           // the sp master.
1550           sp->mutex.unlock();
1551
1552           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1553           // already finished.
1554           if (Threads.size() > 2)
1555               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1556               {
1557                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1558                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1559
1560                   if (   sp
1561                       && sp->allSlavesSearching
1562                       && available_to(Threads[i]))
1563                   {
1564                       // Recheck the conditions under lock protection
1565                       Threads.mutex.lock();
1566                       sp->mutex.lock();
1567
1568                       if (   sp->allSlavesSearching
1569                           && available_to(Threads[i]))
1570                       {
1571                            sp->slavesMask.set(idx);
1572                            activeSplitPoint = sp;
1573                            searching = true;
1574                       }
1575
1576                       sp->mutex.unlock();
1577                       Threads.mutex.unlock();
1578
1579                       break; // Just a single attempt
1580                   }
1581               }
1582       }
1583
1584       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1585       // their work at this split point, return from the idle loop.
1586       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1587       {
1588           this_sp->mutex.lock();
1589           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1590           this_sp->mutex.unlock();
1591           if (finished)
1592               return;
1593       }
1594   }
1595 }
1596
1597
1598 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1599 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1600 /// available time and thus stop the search.
1601
1602 void check_time() {
1603
1604   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1605   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1606
1607   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1608   {
1609       lastInfoTime = Time::now();
1610       dbg_print();
1611   }
1612
1613   if (Limits.ponder)
1614       return;
1615
1616   if (Limits.nodes)
1617   {
1618       Threads.mutex.lock();
1619
1620       nodes = RootPos.nodes_searched();
1621
1622       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1623       // all the currently active positions nodes.
1624       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1625           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1626           {
1627               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1628
1629               sp.mutex.lock();
1630
1631               nodes += sp.nodes;
1632
1633               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1634                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1635                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1636
1637               sp.mutex.unlock();
1638           }
1639
1640       Threads.mutex.unlock();
1641   }
1642
1643   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1644   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1645                          && !Signals.failedLowAtRoot
1646                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1647
1648   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1649                    || stillAtFirstMove;
1650
1651   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1652       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1653       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1654       Signals.stop = true;
1655 }