Further tweak accurate pv
[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 <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
91   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
92   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
93
94   struct Skill {
95     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
96                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
97                                     best(MOVE_NONE) {}
98    ~Skill() {
99       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
100           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
101                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
102     }
103
104     size_t candidates_size() const { return candidates; }
105     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + level; }
106     Move pick_move();
107
108     int level;
109     size_t candidates;
110     Move best;
111   };
112
113 } // namespace
114
115
116 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
117
118 void Search::init() {
119
120   // Init reductions array
121   for (int d = 1; d < 64; ++d)
122       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
123       {
124           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
125           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
126
127           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
128           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
129
130           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
131           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
132
133           // Increase reduction when eval is not improving
134           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
135               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
136       }
137
138   // Init futility move count array
139   for (int d = 0; d < 16; ++d)
140   {
141       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
142       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
143   }
144 }
145
146
147 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
148 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
149 template<bool Root>
150 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
151
152   StateInfo st;
153   uint64_t cnt, nodes = 0;
154   CheckInfo ci(pos);
155   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
156
157   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
158   {
159       if (Root && depth <= ONE_PLY)
160           cnt = 1, nodes++;
161       else
162       {
163           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
164           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
165           nodes += cnt;
166           pos.undo_move(*it);
167       }
168       if (Root)
169           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
170   }
171   return nodes;
172 }
173
174 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
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   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
184
185   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
186   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
187   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
188
189   if (RootMoves.empty())
190   {
191       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
192       sync_cout << "info depth 0 score "
193                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
194                 << sync_endl;
195   }
196   else
197   {
198       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
199           Threads[i]->maxPly = 0;
200
201       Threads.timer->run = true;
202       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
203
204       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
205
206       Threads.timer->run = false;
207   }
208
209   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
210   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
211   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
212   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
213   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
214   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
215   {
216       Signals.stopOnPonderhit = true;
217       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
218   }
219
220   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
221             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
222             << sync_endl;
223 }
224
225
226 namespace {
227
228   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
229   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
230   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
231
232   void id_loop(Position& pos) {
233
234     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
235     Depth depth;
236     Value bestValue, alpha, beta, delta;
237
238     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
239
240     depth = DEPTH_ZERO;
241     BestMoveChanges = 0;
242     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
243     beta = VALUE_INFINITE;
244
245     TT.new_search();
246     History.clear();
247     Gains.clear();
248     Countermoves.clear();
249     Followupmoves.clear();
250
251     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
252     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
253
254     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
255     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
256     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
257
258     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
259     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
260     {
261         // Age out PV variability metric
262         BestMoveChanges *= 0.5;
263
264         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
265         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
266         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
267             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
268
269         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
270         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
271         {
272             // Reset aspiration window starting size
273             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
274             {
275                 delta = Value(16);
276                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
277                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
278             }
279
280             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
281             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
282             // high/low anymore.
283             while (true)
284             {
285                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
286
287                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
288                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
289                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
290                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
291                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
292                 // search the already searched PV lines are preserved.
293                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
294
295                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
296                 // entries have been overwritten during the search.
297                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
298                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
299
300                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
301                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
302                 // valid, although it refers to previous iteration.
303                 if (Signals.stop)
304                     break;
305
306                 // When failing high/low give some update (without cluttering
307                 // the UI) before a re-search.
308                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
309                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
310                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
311
312                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
313                 // re-search, otherwise exit the loop.
314                 if (bestValue <= alpha)
315                 {
316                     beta = (alpha + beta) / 2;
317                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
318
319                     Signals.failedLowAtRoot = true;
320                     Signals.stopOnPonderhit = false;
321                 }
322                 else if (bestValue >= beta)
323                 {
324                     alpha = (alpha + beta) / 2;
325                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
326                 }
327                 else
328                     break;
329
330                 delta += delta / 2;
331
332                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
333             }
334
335             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
336             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
337
338             if (Signals.stop)
339                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
340                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
341
342             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
343                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
344                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
345         }
346
347         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
348         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
349             skill.pick_move();
350
351         // Have we found a "mate in x"?
352         if (   Limits.mate
353             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
354             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
355             Signals.stop = true;
356
357         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
358         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
359         {
360             // Take some extra time if the best move has changed
361             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
362                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
363
364             // Stop the search if only one legal move is available or all
365             // of the available time has been used.
366             if (   RootMoves.size() == 1
367                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
368             {
369                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
370                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
371                 if (Limits.ponder)
372                     Signals.stopOnPonderhit = true;
373                 else
374                     Signals.stop = true;
375             }
376         }
377     }
378   }
379
380
381   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
382   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
383   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
384   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
385   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
386   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
387
388   template <NodeType NT, bool SpNode>
389   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
390
391     const bool RootNode = NT == Root;
392     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
393
394     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
395     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
396     assert(depth > DEPTH_ZERO);
397
398     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
399     StateInfo st;
400     const TTEntry *tte;
401     SplitPoint* splitPoint;
402     Key posKey;
403     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
404     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
405     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
406     bool inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
407     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
408     int moveCount, quietCount;
409
410     // Step 1. Initialize node
411     Thread* thisThread = pos.this_thread();
412     inCheck = pos.checkers();
413
414     if (SpNode)
415     {
416         splitPoint = ss->splitPoint;
417         bestMove   = splitPoint->bestMove;
418         bestValue  = splitPoint->bestValue;
419         tte = NULL;
420         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
421         ttValue = VALUE_NONE;
422
423         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
424
425         goto moves_loop;
426     }
427
428     moveCount = quietCount = 0;
429     bestValue = -VALUE_INFINITE;
430     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
431
432     // Used to send selDepth info to GUI
433     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
434         thisThread->maxPly = ss->ply;
435
436     if (!RootNode)
437     {
438         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
439         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
440             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
441
442         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
443         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
444         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
445         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
446         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
447         // mate. In this case return a fail-high score.
448         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
449         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
450         if (alpha >= beta)
451             return alpha;
452     }
453
454     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
455
456     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
457     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
458     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
459
460     // Step 4. Transposition table lookup
461     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
462     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
463     excludedMove = ss->excludedMove;
464     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
465     tte = TT.probe(posKey);
466     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
467     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
468
469     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
470     if (  !PvNode
471         && tte
472         && tte->depth() >= depth
473         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
474         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
475                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
476     {
477         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
478
479         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
480         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
481             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
482
483         return ttValue;
484     }
485
486     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
487     if (inCheck)
488     {
489         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
490         goto moves_loop;
491     }
492
493     else if (tte)
494     {
495         // Never assume anything on values stored in TT
496         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
497             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
498
499         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
500         if (ttValue != VALUE_NONE)
501             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
502                 eval = ttValue;
503     }
504     else
505     {
506         eval = ss->staticEval =
507         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
508
509         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
510     }
511
512     if (   !pos.captured_piece_type()
513         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
514         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
515         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
516         &&  move != MOVE_NONE
517         &&  type_of(move) == NORMAL)
518     {
519         Square to = to_sq(move);
520         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
521     }
522
523     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
524     if (   !PvNode
525         &&  depth < 4 * ONE_PLY
526         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
527         &&  ttMove == MOVE_NONE
528         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
529     {
530         if (   depth <= ONE_PLY
531             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
532             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
533
534         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
535         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
536         if (v <= ralpha)
537             return v;
538     }
539
540     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
541     if (   !PvNode
542         && !ss->skipNullMove
543         &&  depth < 7 * ONE_PLY
544         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
545         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
546         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
547         return eval - futility_margin(depth);
548
549     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
550     if (   !PvNode
551         && !ss->skipNullMove
552         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
553         &&  eval >= beta
554         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
555     {
556         ss->currentMove = MOVE_NULL;
557
558         assert(eval - beta >= 0);
559
560         // Null move dynamic reduction based on depth and value
561         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
562
563         pos.do_null_move(st);
564         (ss+1)->skipNullMove = true;
565         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
566                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
567         (ss+1)->skipNullMove = false;
568         pos.undo_null_move();
569
570         if (nullValue >= beta)
571         {
572             // Do not return unproven mate scores
573             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
574                 nullValue = beta;
575
576             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
577                 return nullValue;
578
579             // Do verification search at high depths
580             ss->skipNullMove = true;
581             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
582                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
583             ss->skipNullMove = false;
584
585             if (v >= beta)
586                 return nullValue;
587         }
588     }
589
590     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
591     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
592     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
593     // prune the previous move.
594     if (   !PvNode
595         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
596         && !ss->skipNullMove
597         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
598     {
599         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
600         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
601
602         assert(rdepth >= ONE_PLY);
603         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
604         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
605
606         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
607         CheckInfo ci(pos);
608
609         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
610             if (pos.legal(move, ci.pinned))
611             {
612                 ss->currentMove = move;
613                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
614                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
615                 pos.undo_move(move);
616                 if (value >= rbeta)
617                     return value;
618             }
619     }
620
621     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
622     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
623         && !ttMove
624         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
625     {
626         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
627         ss->skipNullMove = true;
628         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
629         ss->skipNullMove = false;
630
631         tte = TT.probe(posKey);
632         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
633     }
634
635 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
636
637     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
638     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
639                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
640
641     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
642     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
643                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
644
645     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
646     CheckInfo ci(pos);
647     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
648     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
649                || ss->staticEval == VALUE_NONE
650                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
651
652     singularExtensionNode =   !RootNode
653                            && !SpNode
654                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
655                            &&  ttMove != MOVE_NONE
656                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
657                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
658                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
659                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
660                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
661
662     // Step 11. Loop through moves
663     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
664     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
665     {
666       assert(is_ok(move));
667
668       if (move == excludedMove)
669           continue;
670
671       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
672       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
673       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
674       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
675           continue;
676
677       if (SpNode)
678       {
679           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
680           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
681               continue;
682
683           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
684           splitPoint->mutex.unlock();
685       }
686       else
687           ++moveCount;
688
689       if (RootNode)
690       {
691           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
692
693           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
694               sync_cout << "info depth " << depth
695                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
696                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
697       }
698
699       if (PvNode)
700           (ss+1)->pv = NULL;
701
702       ext = DEPTH_ZERO;
703       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
704
705       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
706                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
707                   : pos.gives_check(move, ci);
708
709       dangerous =   givesCheck
710                  || type_of(move) != NORMAL
711                  || pos.advanced_pawn_push(move);
712
713       // Step 12. Extend checks
714       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
715           ext = ONE_PLY;
716
717       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
718       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
719       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
720       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
721       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
722       if (    singularExtensionNode
723           &&  move == ttMove
724           && !ext
725           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
726       {
727           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
728           ss->excludedMove = move;
729           ss->skipNullMove = true;
730           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
731           ss->skipNullMove = false;
732           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
733
734           if (value < rBeta)
735               ext = ONE_PLY;
736       }
737
738       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
739       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
740
741       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
742       if (   !PvNode
743           && !captureOrPromotion
744           && !inCheck
745           && !dangerous
746           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
747       {
748           // Move count based pruning
749           if (   depth < 16 * ONE_PLY
750               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
751           {
752               if (SpNode)
753                   splitPoint->mutex.lock();
754
755               continue;
756           }
757
758           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
759
760           // Futility pruning: parent node
761           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
762           {
763               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
764                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
765
766               if (futilityValue <= alpha)
767               {
768                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
769
770                   if (SpNode)
771                   {
772                       splitPoint->mutex.lock();
773                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
774                           splitPoint->bestValue = bestValue;
775                   }
776                   continue;
777               }
778           }
779
780           // Prune moves with negative SEE at low depths
781           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
782           {
783               if (SpNode)
784                   splitPoint->mutex.lock();
785
786               continue;
787           }
788       }
789
790       // Speculative prefetch as early as possible
791       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
792
793       // Check for legality just before making the move
794       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
795       {
796           moveCount--;
797           continue;
798       }
799
800       ss->currentMove = move;
801       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
802           quietsSearched[quietCount++] = move;
803
804       // Step 14. Make the move
805       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
806
807       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
808       // re-searched at full depth.
809       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
810           &&  moveCount > 1
811           && !captureOrPromotion
812           &&  move != ss->killers[0]
813           &&  move != ss->killers[1])
814       {
815           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
816
817           if (   (!PvNode && cutNode)
818               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
819               ss->reduction += ONE_PLY;
820
821           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
822               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
823
824           // Decrease reduction for moves that escape a capture
825           if (   ss->reduction
826               && type_of(move) == NORMAL
827               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
828               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
829               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
830
831           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
832           if (SpNode)
833               alpha = splitPoint->alpha;
834
835           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
836
837           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
838           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
839           {
840               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
841               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
842           }
843
844           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
845           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
846       }
847       else
848           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
849
850       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
851       if (doFullDepthSearch)
852       {
853           if (SpNode)
854               alpha = splitPoint->alpha;
855
856           value = newDepth <   ONE_PLY ?
857                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
858                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
859                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
860       }
861
862       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
863       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
864       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
865       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
866       {
867           (ss+1)->pv = pv;
868           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
869
870           value = newDepth <   ONE_PLY ?
871                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
872                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
873                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
874       }
875
876       // Step 17. Undo move
877       pos.undo_move(move);
878
879       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
880
881       // Step 18. Check for new best move
882       if (SpNode)
883       {
884           splitPoint->mutex.lock();
885           bestValue = splitPoint->bestValue;
886           alpha = splitPoint->alpha;
887       }
888
889       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
890       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
891       // updating best move, PV and TT.
892       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
893           return VALUE_ZERO;
894
895       if (RootNode)
896       {
897           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
898
899           // PV move or new best move ?
900           if (moveCount == 1 || value > alpha)
901           {
902               rm.score = value;
903               rm.pv.resize(1);
904
905               assert((ss+1)->pv);
906
907               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
908                   rm.pv.push_back(*m);
909
910               // We record how often the best move has been changed in each
911               // iteration. This information is used for time management: When
912               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
913               if (moveCount > 1)
914                   ++BestMoveChanges;
915           }
916           else
917               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
918               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
919               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
920               rm.score = -VALUE_INFINITE;
921       }
922
923       if (value > bestValue)
924       {
925           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
926
927           if (value > alpha)
928           {
929               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
930
931               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
932                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
933
934               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
935                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
936               else
937               {
938                   assert(value >= beta); // Fail high
939
940                   if (SpNode)
941                       splitPoint->cutoff = true;
942
943                   break;
944               }
945           }
946       }
947
948       // Step 19. Check for splitting the search
949       if (   !SpNode
950           &&  Threads.size() >= 2
951           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
952           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
953                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
954           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
955       {
956           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
957
958           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
959                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
960
961           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
962               return VALUE_ZERO;
963
964           if (bestValue >= beta)
965               break;
966       }
967     }
968
969     if (SpNode)
970         return bestValue;
971
972     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
973     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
974     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
975     /*
976        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
977         return VALUE_DRAW;
978     */
979
980     // Step 20. Check for mate and stalemate
981     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
982     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
983     // return a fail low score.
984     if (!moveCount)
985         bestValue = excludedMove ? alpha
986                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
987
988     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
989     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
990         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
991
992     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
993              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
994              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
995              depth, bestMove, ss->staticEval);
996
997     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
998
999     return bestValue;
1000   }
1001
1002
1003   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1004   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1005   // less than ONE_PLY).
1006
1007   template <NodeType NT, bool InCheck>
1008   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1009
1010     const bool PvNode = NT == PV;
1011
1012     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1013     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1014     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1015     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1016     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1017
1018     Move pv[MAX_PLY+1];
1019     StateInfo st;
1020     const TTEntry* tte;
1021     Key posKey;
1022     Move ttMove, move, bestMove;
1023     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1024     bool givesCheck, evasionPrunable;
1025     Depth ttDepth;
1026
1027     if (PvNode)
1028     {
1029         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1030         (ss+1)->pv = pv;
1031         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1032     }
1033
1034     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1035     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1036
1037     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1038     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1039         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1040
1041     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1042
1043     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1044     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1045     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1046     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1047                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1048
1049     // Transposition table lookup
1050     posKey = pos.key();
1051     tte = TT.probe(posKey);
1052     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1053     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1054
1055     if (  !PvNode
1056         && tte
1057         && tte->depth() >= ttDepth
1058         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1059         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1060                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1061     {
1062         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1063         return ttValue;
1064     }
1065
1066     // Evaluate the position statically
1067     if (InCheck)
1068     {
1069         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1070         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1071     }
1072     else
1073     {
1074         if (tte)
1075         {
1076             // Never assume anything on values stored in TT
1077             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1078                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1079
1080             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1081             if (ttValue != VALUE_NONE)
1082                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1083                     bestValue = ttValue;
1084         }
1085         else
1086             ss->staticEval = bestValue =
1087             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1088
1089         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1090         if (bestValue >= beta)
1091         {
1092             if (!tte)
1093                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1094                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1095
1096             return bestValue;
1097         }
1098
1099         if (PvNode && bestValue > alpha)
1100             alpha = bestValue;
1101
1102         futilityBase = bestValue + 128;
1103     }
1104
1105     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1106     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1107     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1108     // be generated.
1109     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1110     CheckInfo ci(pos);
1111
1112     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1113     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1114     {
1115       assert(is_ok(move));
1116
1117       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1118                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1119                   : pos.gives_check(move, ci);
1120
1121       // Futility pruning
1122       if (   !PvNode
1123           && !InCheck
1124           && !givesCheck
1125           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1126           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1127       {
1128           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1129
1130           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1131
1132           if (futilityValue < beta)
1133           {
1134               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1135               continue;
1136           }
1137
1138           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1139           {
1140               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1141               continue;
1142           }
1143       }
1144
1145       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1146       evasionPrunable =    InCheck
1147                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1148                        && !pos.capture(move)
1149                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1150
1151       // Don't search moves with negative SEE values
1152       if (   !PvNode
1153           && (!InCheck || evasionPrunable)
1154           &&  type_of(move) != PROMOTION
1155           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1156           continue;
1157
1158       // Speculative prefetch as early as possible
1159       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1160
1161       // Check for legality just before making the move
1162       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1163           continue;
1164
1165       ss->currentMove = move;
1166
1167       // Make and search the move
1168       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1169       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1170                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1171       pos.undo_move(move);
1172
1173       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1174
1175       // Check for new best move
1176       if (value > bestValue)
1177       {
1178           bestValue = value;
1179
1180           if (value > alpha)
1181           {
1182               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1183                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1184
1185               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1186               {
1187                   alpha = value;
1188                   bestMove = move;
1189               }
1190               else // Fail high
1191               {
1192                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1193                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1194
1195                   return value;
1196               }
1197           }
1198        }
1199     }
1200
1201     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1202     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1203     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1204         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1205
1206     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1207              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1208              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1209
1210     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1211
1212     return bestValue;
1213   }
1214
1215
1216   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1217   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1218   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1219
1220   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1221
1222     assert(v != VALUE_NONE);
1223
1224     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1225           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1226   }
1227
1228
1229   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1230   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1231   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1232
1233   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1234
1235     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1236           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1237           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1238   }
1239
1240
1241   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1242
1243   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1244
1245     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1246         *pv++ = *childPv++;
1247     *pv = MOVE_NONE;
1248   }
1249
1250   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1251   // of a quiet move.
1252
1253   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1254
1255     if (ss->killers[0] != move)
1256     {
1257         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1258         ss->killers[0] = move;
1259     }
1260
1261     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1262     // played quiet moves.
1263     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1264     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1265     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1266     {
1267         Move m = quiets[i];
1268         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1269     }
1270
1271     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1272     {
1273         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1274         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1275     }
1276
1277     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1278     {
1279         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1280         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1281     }
1282   }
1283
1284
1285   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1286   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1287
1288   Move Skill::pick_move() {
1289
1290     static RKISS rk;
1291
1292     // PRNG sequence should be not deterministic
1293     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1294         rk.rand<unsigned>();
1295
1296     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1297     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1298     int weakness = 120 - 2 * level;
1299     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1300     best = MOVE_NONE;
1301
1302     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1303     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1304     // then we choose the move with the resulting highest score.
1305     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1306     {
1307         int s = RootMoves[i].score;
1308
1309         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1310         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1311             break;
1312
1313         // This is our magic formula
1314         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1315               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1316
1317         if (s > max_s)
1318         {
1319             max_s = s;
1320             best = RootMoves[i].pv[0];
1321         }
1322     }
1323     return best;
1324   }
1325
1326
1327   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1328   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1329   // search score.
1330
1331   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1332
1333     std::stringstream ss;
1334     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1335     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1336     int selDepth = 0;
1337
1338     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1339         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1340             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1341
1342     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1343     {
1344         bool updated = (i <= PVIdx);
1345
1346         if (depth == 1 && !updated)
1347             continue;
1348
1349         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1350         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1351
1352         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1353             ss << "\n";
1354
1355         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1356            << " seldepth "  << selDepth
1357            << " multipv "   << i + 1
1358            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1359            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1360            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1361            << " time "      << elapsed
1362            << " pv";
1363
1364         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1365             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1366     }
1367
1368     return ss.str();
1369   }
1370
1371 } // namespace
1372
1373
1374 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1375 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1376 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1377
1378 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1379
1380   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1381   const TTEntry* tte;
1382   size_t idx = 0;
1383
1384   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1385   {
1386       tte = TT.probe(pos.key());
1387
1388       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1389           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1390
1391       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1392
1393       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1394   }
1395
1396   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1397 }
1398
1399
1400 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1401
1402 void Thread::idle_loop() {
1403
1404   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1405   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1406   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1407
1408   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1409
1410   while (!exit)
1411   {
1412       // If this thread has been assigned work, launch a search
1413       while (searching)
1414       {
1415           Threads.mutex.lock();
1416
1417           assert(activeSplitPoint);
1418           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1419
1420           Threads.mutex.unlock();
1421
1422           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1423           Position pos(*sp->pos, this);
1424
1425           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1426           ss->splitPoint = sp;
1427
1428           sp->mutex.lock();
1429
1430           assert(activePosition == NULL);
1431
1432           activePosition = &pos;
1433
1434           if (sp->nodeType == NonPV)
1435               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1436
1437           else if (sp->nodeType == PV)
1438               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1439
1440           else if (sp->nodeType == Root)
1441               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1442
1443           else
1444               assert(false);
1445
1446           assert(searching);
1447
1448           searching = false;
1449           activePosition = NULL;
1450           sp->slavesMask.reset(idx);
1451           sp->allSlavesSearching = false;
1452           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1453
1454           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1455           // loop in case we are the last slave of the split point.
1456           if (    this != sp->masterThread
1457               &&  sp->slavesMask.none())
1458           {
1459               assert(!sp->masterThread->searching);
1460               sp->masterThread->notify_one();
1461           }
1462
1463           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1464           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1465           // the sp master.
1466           sp->mutex.unlock();
1467
1468           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1469           // already finished.
1470           if (Threads.size() > 2)
1471               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1472               {
1473                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1474                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1475
1476                   if (   sp
1477                       && sp->allSlavesSearching
1478                       && available_to(Threads[i]))
1479                   {
1480                       // Recheck the conditions under lock protection
1481                       Threads.mutex.lock();
1482                       sp->mutex.lock();
1483
1484                       if (   sp->allSlavesSearching
1485                           && available_to(Threads[i]))
1486                       {
1487                            sp->slavesMask.set(idx);
1488                            activeSplitPoint = sp;
1489                            searching = true;
1490                       }
1491
1492                       sp->mutex.unlock();
1493                       Threads.mutex.unlock();
1494
1495                       break; // Just a single attempt
1496                   }
1497               }
1498       }
1499
1500       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1501       mutex.lock();
1502
1503       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1504       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1505       {
1506           assert(!searching);
1507           mutex.unlock();
1508           break;
1509       }
1510
1511       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1512       // wasting CPU time polling for work.
1513       if (!searching && !exit)
1514           sleepCondition.wait(mutex);
1515
1516       mutex.unlock();
1517   }
1518 }
1519
1520
1521 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1522 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1523 /// available time and thus stop the search.
1524
1525 void check_time() {
1526
1527   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1528   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1529
1530   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1531   {
1532       lastInfoTime = Time::now();
1533       dbg_print();
1534   }
1535
1536   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1537   {
1538       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1539                              && !Signals.failedLowAtRoot
1540                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1541
1542       if (   stillAtFirstMove
1543           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1544           Signals.stop = true;
1545   }
1546   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1547       Signals.stop = true;
1548
1549   else if (Limits.nodes)
1550   {
1551       Threads.mutex.lock();
1552
1553       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1554
1555       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1556       // all the currently active positions nodes.
1557       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1558           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1559           {
1560               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1561
1562               sp.mutex.lock();
1563
1564               nodes += sp.nodes;
1565
1566               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1567                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1568                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1569
1570               sp.mutex.unlock();
1571           }
1572
1573       Threads.mutex.unlock();
1574
1575       if (nodes >= Limits.nodes)
1576           Signals.stop = true;
1577   }
1578 }