e773a36a72af9b40915dfede7c9a79ed45a9c5b1
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Time::point SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Dynamic razoring margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71
72   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
73   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
74
75   inline Value futility_margin(Depth d) {
76     return Value(200 * d);
77   }
78
79   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
80   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
81
82   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   double BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   HistoryStats History;
91   GainsStats Gains;
92   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
93
94   template <NodeType NT, bool SpNode>
95   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
96
97   template <NodeType NT, bool InCheck>
98   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
99
100   void id_loop(Position& pos);
101   Value value_to_tt(Value v, int ply);
102   Value value_from_tt(Value v, int ply);
103   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
104   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
105   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l) {}
109     bool enabled() const { return level < 20; }
110     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
111     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
112     Move pick_best(size_t multiPV);
113
114     int level;
115     Move best = MOVE_NONE;
116   };
117
118 } // namespace
119
120
121 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
122
123 void Search::init() {
124
125   // Init reductions array
126   for (int d = 1; d < 64; ++d)
127       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
128       {
129           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
130           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
131
132           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
133           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
134
135           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
136           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
137
138           // Increase reduction when eval is not improving
139           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
140               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
141       }
142
143   // Init futility move count array
144   for (int d = 0; d < 16; ++d)
145   {
146       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
147       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
148   }
149 }
150
151
152 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
153 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
154 template<bool Root>
155 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
156
157   StateInfo st;
158   uint64_t cnt, nodes = 0;
159   CheckInfo ci(pos);
160   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
161
162   for (const ExtMove& ms : MoveList<LEGAL>(pos))
163   {
164       if (Root && depth <= ONE_PLY)
165           cnt = 1, nodes++;
166       else
167       {
168           pos.do_move(ms.move, st, ci, pos.gives_check(ms.move, ci));
169           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
170           nodes += cnt;
171           pos.undo_move(ms.move);
172       }
173       if (Root)
174           sync_cout << UCI::move(ms.move, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
175   }
176   return nodes;
177 }
178
179 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
180
181
182 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
183 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
184 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
185
186 void Search::think() {
187
188   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
189
190   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
191   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
192   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
193
194   TB::Hits = 0;
195   TB::RootInTB = false;
196   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
197   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
198   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
199
200   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
201   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
202   {
203       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
204       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
205   }
206
207   if (RootMoves.empty())
208   {
209       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
210       sync_cout << "info depth 0 score "
211                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
212                 << sync_endl;
213   }
214   else
215   {
216       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
217                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
218       {
219           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
220           // contains only moves that preserve the draw or win.
221           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
222
223           if (TB::RootInTB)
224               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
225
226           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
227           {
228               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
229               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
230
231               // Only probe during search if winning
232               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
233                   TB::Cardinality = 0;
234           }
235
236           if (TB::RootInTB)
237           {
238               TB::Hits = RootMoves.size();
239
240               if (!TB::UseRule50)
241                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
242                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
243                                                       :  VALUE_DRAW;
244           }
245       }
246
247       for (Thread* th : Threads)
248           th->maxPly = 0;
249
250       Threads.timer->run = true;
251       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
252
253       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
254
255       Threads.timer->run = false;
256   }
257
258   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
259   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
260   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
261   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
262   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
263   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
264   {
265       Signals.stopOnPonderhit = true;
266       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
267   }
268
269   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
270
271   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
272       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
273
274   std::cout << sync_endl;
275 }
276
277
278 namespace {
279
280   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
281   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
282   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
283
284   void id_loop(Position& pos) {
285
286     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
287     Depth depth;
288     Value bestValue, alpha, beta, delta;
289
290     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
291
292     depth = DEPTH_ZERO;
293     BestMoveChanges = 0;
294     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295     beta = VALUE_INFINITE;
296
297     TT.new_search();
298     History.clear();
299     Gains.clear();
300     Countermoves.clear();
301     Followupmoves.clear();
302
303     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
304     Skill skill(Options["Skill Level"]);
305
306     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
307     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
308     if (skill.enabled())
309         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
310
311     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
312
313     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
314     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
315     {
316         // Age out PV variability metric
317         BestMoveChanges *= 0.5;
318
319         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
320         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
321         for (RootMove& rm : RootMoves)
322             rm.previousScore = rm.score;
323
324         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
325         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
326         {
327             // Reset aspiration window starting size
328             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
329             {
330                 delta = Value(16);
331                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
332                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
333             }
334
335             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
336             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
337             // high/low anymore.
338             while (true)
339             {
340                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
341
342                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
343                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
344                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
345                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
346                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
347                 // search the already searched PV lines are preserved.
348                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
349
350                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
351                 // entries have been overwritten during the search.
352                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
353                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
354
355                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
356                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
357                 // valid, although it refers to previous iteration.
358                 if (Signals.stop)
359                     break;
360
361                 // When failing high/low give some update (without cluttering
362                 // the UI) before a re-search.
363                 if (   multiPV == 1
364                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
365                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
366                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
367
368                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
369                 // re-search, otherwise exit the loop.
370                 if (bestValue <= alpha)
371                 {
372                     beta = (alpha + beta) / 2;
373                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
374
375                     Signals.failedLowAtRoot = true;
376                     Signals.stopOnPonderhit = false;
377                 }
378                 else if (bestValue >= beta)
379                 {
380                     alpha = (alpha + beta) / 2;
381                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
382                 }
383                 else
384                     break;
385
386                 delta += delta / 2;
387
388                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
389             }
390
391             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
392             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
393
394             if (Signals.stop)
395                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
396                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
397
398             else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
399                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
400         }
401
402         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_best(multiPV);
405
406         // Have we found a "mate in x"?
407         if (   Limits.mate
408             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
409             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
410             Signals.stop = true;
411
412         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
413         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
414         {
415             // Take some extra time if the best move has changed
416             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
417                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
418
419             // Stop the search if only one legal move is available or all
420             // of the available time has been used.
421             if (   RootMoves.size() == 1
422                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
423             {
424                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
425                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
426                 if (Limits.ponder)
427                     Signals.stopOnPonderhit = true;
428                 else
429                     Signals.stop = true;
430             }
431         }
432     }
433
434     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
435     if (skill.enabled())
436         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
437                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
438   }
439
440
441   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
442   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
443   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
444   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
445   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
446   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
447
448   template <NodeType NT, bool SpNode>
449   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
450
451     const bool RootNode = NT == Root;
452     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
453
454     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
455     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
456     assert(depth > DEPTH_ZERO);
457
458     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
459     StateInfo st;
460     TTEntry* tte;
461     SplitPoint* splitPoint;
462     Key posKey;
463     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
464     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
465     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
466     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
467     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
468     int moveCount, quietCount;
469
470     // Step 1. Initialize node
471     Thread* thisThread = pos.this_thread();
472     inCheck = pos.checkers();
473
474     if (SpNode)
475     {
476         splitPoint = ss->splitPoint;
477         bestMove   = splitPoint->bestMove;
478         bestValue  = splitPoint->bestValue;
479         tte = nullptr;
480         ttHit = false;
481         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
482         ttValue = VALUE_NONE;
483
484         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
485
486         goto moves_loop;
487     }
488
489     moveCount = quietCount = 0;
490     bestValue = -VALUE_INFINITE;
491     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
492
493     // Used to send selDepth info to GUI
494     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
495         thisThread->maxPly = ss->ply;
496
497     if (!RootNode)
498     {
499         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
500         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
501             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
502
503         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
504         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
505         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
506         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
507         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
508         // mate. In this case return a fail-high score.
509         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
510         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
511         if (alpha >= beta)
512             return alpha;
513     }
514
515     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
516
517     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
518     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
519     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
520
521     // Step 4. Transposition table lookup
522     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
523     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
524     excludedMove = ss->excludedMove;
525     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
526     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
527     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
528     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
529
530     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
531     if (  !PvNode
532         && ttHit
533         && tte->depth() >= depth
534         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
535         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
536                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
537     {
538         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
539
540         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
541         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
542             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
543
544         return ttValue;
545     }
546
547     // Step 4a. Tablebase probe
548     if (!RootNode && TB::Cardinality)
549     {
550         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
551
552         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
553             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
554             &&  pos.rule50_count() == 0)
555         {
556             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
557
558             if (found)
559             {
560                 TB::Hits++;
561
562                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
563
564                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
565                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
566                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
567
568                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
569                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
570                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
571
572                 return value;
573             }
574         }
575     }
576
577     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
578     if (inCheck)
579     {
580         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
581         goto moves_loop;
582     }
583
584     else if (ttHit)
585     {
586         // Never assume anything on values stored in TT
587         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
588             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
589
590         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
591         if (ttValue != VALUE_NONE)
592             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
593                 eval = ttValue;
594     }
595     else
596     {
597         eval = ss->staticEval =
598         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
599
600         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
601     }
602
603     if (ss->skipEarlyPruning)
604         goto moves_loop;
605
606     if (   !pos.captured_piece_type()
607         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
608         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
609         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
610         &&  move != MOVE_NONE
611         &&  type_of(move) == NORMAL)
612     {
613         Square to = to_sq(move);
614         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
615     }
616
617     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
618     if (   !PvNode
619         &&  depth < 4 * ONE_PLY
620         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
621         &&  ttMove == MOVE_NONE
622         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
623     {
624         if (   depth <= ONE_PLY
625             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
626             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
627
628         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
629         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
630         if (v <= ralpha)
631             return v;
632     }
633
634     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
635     if (   !RootNode
636         &&  depth < 7 * ONE_PLY
637         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
638         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
639         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
640         return eval - futility_margin(depth);
641
642     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
643     if (   !PvNode
644         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
645         &&  eval >= beta
646         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
647     {
648         ss->currentMove = MOVE_NULL;
649
650         assert(eval - beta >= 0);
651
652         // Null move dynamic reduction based on depth and value
653         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
654
655         pos.do_null_move(st);
656         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
657         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
658                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
659         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
660         pos.undo_null_move();
661
662         if (nullValue >= beta)
663         {
664             // Do not return unproven mate scores
665             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
666                 nullValue = beta;
667
668             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
669                 return nullValue;
670
671             // Do verification search at high depths
672             ss->skipEarlyPruning = true;
673             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
674                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
675             ss->skipEarlyPruning = false;
676
677             if (v >= beta)
678                 return nullValue;
679         }
680     }
681
682     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
683     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
684     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
685     // prune the previous move.
686     if (   !PvNode
687         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
688         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
689     {
690         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
691         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
692
693         assert(rdepth >= ONE_PLY);
694         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
695         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
696
697         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
698         CheckInfo ci(pos);
699
700         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
701             if (pos.legal(move, ci.pinned))
702             {
703                 ss->currentMove = move;
704                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
705                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
706                 pos.undo_move(move);
707                 if (value >= rbeta)
708                     return value;
709             }
710     }
711
712     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
713     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
714         && !ttMove
715         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
716     {
717         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
718         ss->skipEarlyPruning = true;
719         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
720         ss->skipEarlyPruning = false;
721
722         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
723         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
724     }
725
726 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
727
728     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
729     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
730                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
731
732     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
733     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
734                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
735
736     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
737     CheckInfo ci(pos);
738     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
739     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
740                || ss->staticEval == VALUE_NONE
741                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
742
743     singularExtensionNode =   !RootNode
744                            && !SpNode
745                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
746                            &&  ttMove != MOVE_NONE
747                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
748                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
749                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
750                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
751                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
752
753     // Step 11. Loop through moves
754     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
755     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
756     {
757       assert(is_ok(move));
758
759       if (move == excludedMove)
760           continue;
761
762       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
763       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
764       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
765       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
766           continue;
767
768       if (SpNode)
769       {
770           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
771           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
772               continue;
773
774           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
775           splitPoint->mutex.unlock();
776       }
777       else
778           ++moveCount;
779
780       if (RootNode)
781       {
782           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
783
784           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
785               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
786                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
787                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
788       }
789
790       if (PvNode)
791           (ss+1)->pv = nullptr;
792
793       extension = DEPTH_ZERO;
794       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
795
796       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
797                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
798                   : pos.gives_check(move, ci);
799
800       dangerous =   givesCheck
801                  || type_of(move) != NORMAL
802                  || pos.advanced_pawn_push(move);
803
804       // Step 12. Extend checks
805       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
806           extension = ONE_PLY;
807
808       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
809       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
810       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
811       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
812       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
813       if (    singularExtensionNode
814           &&  move == ttMove
815           && !extension
816           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
817       {
818           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
819           ss->excludedMove = move;
820           ss->skipEarlyPruning = true;
821           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
822           ss->skipEarlyPruning = false;
823           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
824
825           if (value < rBeta)
826               extension = ONE_PLY;
827       }
828
829       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
830       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
831
832       // Step 13. Pruning at shallow depth
833       if (   !RootNode
834           && !captureOrPromotion
835           && !inCheck
836           && !dangerous
837           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
838       {
839           // Move count based pruning
840           if (   depth < 16 * ONE_PLY
841               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
842           {
843               if (SpNode)
844                   splitPoint->mutex.lock();
845
846               continue;
847           }
848
849           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
850
851           // Futility pruning: parent node
852           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
853           {
854               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
855                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
856
857               if (futilityValue <= alpha)
858               {
859                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
860
861                   if (SpNode)
862                   {
863                       splitPoint->mutex.lock();
864                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
865                           splitPoint->bestValue = bestValue;
866                   }
867                   continue;
868               }
869           }
870
871           // Prune moves with negative SEE at low depths
872           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
873           {
874               if (SpNode)
875                   splitPoint->mutex.lock();
876
877               continue;
878           }
879       }
880
881       // Speculative prefetch as early as possible
882       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
883
884       // Check for legality just before making the move
885       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
886       {
887           moveCount--;
888           continue;
889       }
890
891       ss->currentMove = move;
892       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
893           quietsSearched[quietCount++] = move;
894
895       // Step 14. Make the move
896       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
897
898       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
899       // re-searched at full depth.
900       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
901           &&  moveCount > 1
902           && !captureOrPromotion
903           &&  move != ss->killers[0]
904           &&  move != ss->killers[1])
905       {
906           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
907
908           if (   (!PvNode && cutNode)
909               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
910               ss->reduction += ONE_PLY;
911
912           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
913               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
914
915           // Decrease reduction for moves that escape a capture
916           if (   ss->reduction
917               && type_of(move) == NORMAL
918               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
919               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
920               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
921
922           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
923           if (SpNode)
924               alpha = splitPoint->alpha;
925
926           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
927
928           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
929           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
930           {
931               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
932               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
933           }
934
935           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
936           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
937       }
938       else
939           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
940
941       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
942       if (doFullDepthSearch)
943       {
944           if (SpNode)
945               alpha = splitPoint->alpha;
946
947           value = newDepth <   ONE_PLY ?
948                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
949                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
950                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
951       }
952
953       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
954       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
955       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
956       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
957       {
958           (ss+1)->pv = pv;
959           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
960
961           value = newDepth <   ONE_PLY ?
962                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
963                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
964                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
965       }
966
967       // Step 17. Undo move
968       pos.undo_move(move);
969
970       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
971
972       // Step 18. Check for new best move
973       if (SpNode)
974       {
975           splitPoint->mutex.lock();
976           bestValue = splitPoint->bestValue;
977           alpha = splitPoint->alpha;
978       }
979
980       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
981       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
982       // updating best move, PV and TT.
983       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
984           return VALUE_ZERO;
985
986       if (RootNode)
987       {
988           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
989
990           // PV move or new best move ?
991           if (moveCount == 1 || value > alpha)
992           {
993               rm.score = value;
994               rm.pv.resize(1);
995
996               assert((ss+1)->pv);
997
998               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
999                   rm.pv.push_back(*m);
1000
1001               // We record how often the best move has been changed in each
1002               // iteration. This information is used for time management: When
1003               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1004               if (moveCount > 1)
1005                   ++BestMoveChanges;
1006           }
1007           else
1008               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1009               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1010               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1011               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1012       }
1013
1014       if (value > bestValue)
1015       {
1016           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1017
1018           if (value > alpha)
1019           {
1020               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1021
1022               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1023                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1024
1025               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1026                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1027               else
1028               {
1029                   assert(value >= beta); // Fail high
1030
1031                   if (SpNode)
1032                       splitPoint->cutoff = true;
1033
1034                   break;
1035               }
1036           }
1037       }
1038
1039       // Step 19. Check for splitting the search
1040       if (   !SpNode
1041           &&  Threads.size() >= 2
1042           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1043           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1044                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
1045           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1046       {
1047           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1048
1049           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1050                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1051
1052           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1053               return VALUE_ZERO;
1054
1055           if (bestValue >= beta)
1056               break;
1057       }
1058     }
1059
1060     if (SpNode)
1061         return bestValue;
1062
1063     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1064     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1065     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1066     /*
1067        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1068         return VALUE_DRAW;
1069     */
1070
1071     // Step 20. Check for mate and stalemate
1072     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1073     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1074     // return a fail low score.
1075     if (!moveCount)
1076         bestValue = excludedMove ? alpha
1077                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1078
1079     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1080     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1081         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1082
1083     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1084               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1085               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1086               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1087
1088     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1089
1090     return bestValue;
1091   }
1092
1093
1094   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1095   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1096   // less than ONE_PLY).
1097
1098   template <NodeType NT, bool InCheck>
1099   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1100
1101     const bool PvNode = NT == PV;
1102
1103     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1104     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1105     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1106     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1107     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1108
1109     Move pv[MAX_PLY+1];
1110     StateInfo st;
1111     TTEntry* tte;
1112     Key posKey;
1113     Move ttMove, move, bestMove;
1114     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1115     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1116     Depth ttDepth;
1117
1118     if (PvNode)
1119     {
1120         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1121         (ss+1)->pv = pv;
1122         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1123     }
1124
1125     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1126     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1127
1128     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1129     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1130         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1131
1132     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1133
1134     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1135     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1136     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1137     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1138                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1139
1140     // Transposition table lookup
1141     posKey = pos.key();
1142     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1143     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1144     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1145
1146     if (  !PvNode
1147         && ttHit
1148         && tte->depth() >= ttDepth
1149         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1150         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1151                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1152     {
1153         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1154         return ttValue;
1155     }
1156
1157     // Evaluate the position statically
1158     if (InCheck)
1159     {
1160         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1161         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1162     }
1163     else
1164     {
1165         if (ttHit)
1166         {
1167             // Never assume anything on values stored in TT
1168             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1169                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1170
1171             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1172             if (ttValue != VALUE_NONE)
1173                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1174                     bestValue = ttValue;
1175         }
1176         else
1177             ss->staticEval = bestValue =
1178             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1179
1180         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1181         if (bestValue >= beta)
1182         {
1183             if (!ttHit)
1184                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1185                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1186
1187             return bestValue;
1188         }
1189
1190         if (PvNode && bestValue > alpha)
1191             alpha = bestValue;
1192
1193         futilityBase = bestValue + 128;
1194     }
1195
1196     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1197     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1198     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1199     // be generated.
1200     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1201     CheckInfo ci(pos);
1202
1203     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1204     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1205     {
1206       assert(is_ok(move));
1207
1208       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1209                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1210                   : pos.gives_check(move, ci);
1211
1212       // Futility pruning
1213       if (   !InCheck
1214           && !givesCheck
1215           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1216           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1217       {
1218           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1219
1220           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1221
1222           if (futilityValue <= alpha)
1223           {
1224               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1225               continue;
1226           }
1227
1228           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1229           {
1230               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1231               continue;
1232           }
1233       }
1234
1235       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1236       evasionPrunable =    InCheck
1237                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1238                        && !pos.capture(move)
1239                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1240
1241       // Don't search moves with negative SEE values
1242       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1243           &&  type_of(move) != PROMOTION
1244           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1245           continue;
1246
1247       // Speculative prefetch as early as possible
1248       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1249
1250       // Check for legality just before making the move
1251       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1252           continue;
1253
1254       ss->currentMove = move;
1255
1256       // Make and search the move
1257       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1258       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1259                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1260       pos.undo_move(move);
1261
1262       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1263
1264       // Check for new best move
1265       if (value > bestValue)
1266       {
1267           bestValue = value;
1268
1269           if (value > alpha)
1270           {
1271               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1272                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1273
1274               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1275               {
1276                   alpha = value;
1277                   bestMove = move;
1278               }
1279               else // Fail high
1280               {
1281                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1282                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1283
1284                   return value;
1285               }
1286           }
1287        }
1288     }
1289
1290     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1291     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1292     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1293         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1294
1295     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1296               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1297               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1298
1299     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1300
1301     return bestValue;
1302   }
1303
1304
1305   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1306   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1307   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1308
1309   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1310
1311     assert(v != VALUE_NONE);
1312
1313     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1314           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1315   }
1316
1317
1318   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1319   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1320   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1321
1322   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1323
1324     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1325           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1326           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1327   }
1328
1329
1330   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1331
1332   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1333
1334     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1335         *pv++ = *childPv++;
1336     *pv = MOVE_NONE;
1337   }
1338
1339   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1340   // of a quiet move.
1341
1342   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1343
1344     if (ss->killers[0] != move)
1345     {
1346         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1347         ss->killers[0] = move;
1348     }
1349
1350     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1351     // played quiet moves.
1352     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1353     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1354     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1355     {
1356         Move m = quiets[i];
1357         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1358     }
1359
1360     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1361     {
1362         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1363         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1364     }
1365
1366     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1367     {
1368         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1369         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1370     }
1371   }
1372
1373
1374   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1375   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1376
1377   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1378
1379     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1380     static PRNG rng(Time::now());
1381
1382     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1383     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1384     int weakness = 120 - 2 * level;
1385     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1386
1387     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1388     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1389     // then we choose the move with the resulting highest score.
1390     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1391     {
1392         int score = RootMoves[i].score;
1393
1394         // This is our magic formula
1395         score += (  weakness * int(RootMoves[0].score - score)
1396                   + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1397
1398         if (score > maxScore)
1399         {
1400             maxScore = score;
1401             best = RootMoves[i].pv[0];
1402         }
1403     }
1404     return best;
1405   }
1406
1407
1408   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1409   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1410   // search score.
1411
1412   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1413
1414     std::stringstream ss;
1415     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1416     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1417     int selDepth = 0;
1418
1419     for (Thread* th : Threads)
1420         if (th->maxPly > selDepth)
1421             selDepth = th->maxPly;
1422
1423     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1424     {
1425         bool updated = (i <= PVIdx);
1426
1427         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1428             continue;
1429
1430         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1431         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1432
1433         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1434         v = tb ? TB::Score : v;
1435
1436         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1437             ss << "\n";
1438
1439         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1440            << " seldepth "  << selDepth
1441            << " multipv "   << i + 1
1442            << " score "     << UCI::value(v);
1443
1444         if (!tb && i == PVIdx)
1445               ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1446
1447         ss << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1448            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1449            << " tbhits "    << TB::Hits
1450            << " time "      << elapsed
1451            << " pv";
1452
1453         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1454             ss << " " << UCI::move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1455     }
1456
1457     return ss.str();
1458   }
1459
1460 } // namespace
1461
1462
1463 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1464 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1465 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1466
1467 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1468
1469   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1470   size_t idx = 0;
1471
1472   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1473   {
1474       bool ttHit;
1475       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1476
1477       if (!ttHit || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1478           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE, TT.generation());
1479
1480       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1481
1482       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1483   }
1484
1485   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1486 }
1487
1488
1489 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1490 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1491 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1492 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1493
1494 Move RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1495 {
1496     StateInfo st;
1497     bool found;
1498
1499     assert(pv.size() == 1);
1500
1501     pos.do_move(pv[0], st);
1502     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), found);
1503     Move m = found ? tte->move() : MOVE_NONE;
1504     if (!MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1505         m = MOVE_NONE;
1506
1507     pos.undo_move(pv[0]);
1508     pv.push_back(m);
1509     return m;
1510 }
1511
1512
1513 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1514
1515 void Thread::idle_loop() {
1516
1517   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1518   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1519   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : nullptr;
1520
1521   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1522
1523   while (!exit)
1524   {
1525       // If this thread has been assigned work, launch a search
1526       while (searching)
1527       {
1528           Threads.mutex.lock();
1529
1530           assert(activeSplitPoint);
1531           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1532
1533           Threads.mutex.unlock();
1534
1535           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1536           Position pos(*sp->pos, this);
1537
1538           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1539           ss->splitPoint = sp;
1540
1541           sp->mutex.lock();
1542
1543           assert(activePosition == nullptr);
1544
1545           activePosition = &pos;
1546
1547           if (sp->nodeType == NonPV)
1548               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1549
1550           else if (sp->nodeType == PV)
1551               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1552
1553           else if (sp->nodeType == Root)
1554               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1555
1556           else
1557               assert(false);
1558
1559           assert(searching);
1560
1561           searching = false;
1562           activePosition = nullptr;
1563           sp->slavesMask.reset(idx);
1564           sp->allSlavesSearching = false;
1565           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1566
1567           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1568           // loop in case we are the last slave of the split point.
1569           if (    this != sp->masterThread
1570               &&  sp->slavesMask.none())
1571           {
1572               assert(!sp->masterThread->searching);
1573               sp->masterThread->notify_one();
1574           }
1575
1576           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1577           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1578           // the sp master.
1579           sp->mutex.unlock();
1580
1581           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1582           // already finished.
1583           if (Threads.size() > 2)
1584               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1585               {
1586                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1587                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1588
1589                   if (   sp
1590                       && sp->allSlavesSearching
1591                       && available_to(Threads[i]))
1592                   {
1593                       // Recheck the conditions under lock protection
1594                       Threads.mutex.lock();
1595                       sp->mutex.lock();
1596
1597                       if (   sp->allSlavesSearching
1598                           && available_to(Threads[i]))
1599                       {
1600                            sp->slavesMask.set(idx);
1601                            activeSplitPoint = sp;
1602                            searching = true;
1603                       }
1604
1605                       sp->mutex.unlock();
1606                       Threads.mutex.unlock();
1607
1608                       break; // Just a single attempt
1609                   }
1610               }
1611       }
1612
1613       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1614       std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
1615
1616       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1617       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1618       {
1619           assert(!searching);
1620           break;
1621       }
1622
1623       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1624       // wasting CPU time polling for work.
1625       if (!searching && !exit)
1626           sleepCondition.wait(lk);
1627   }
1628 }
1629
1630
1631 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1632 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1633 /// available time and thus stop the search.
1634
1635 void check_time() {
1636
1637   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1638   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1639
1640   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1641   {
1642       lastInfoTime = Time::now();
1643       dbg_print();
1644   }
1645
1646   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1647   if (Limits.ponder)
1648       return;
1649
1650   if (Limits.use_time_management())
1651   {
1652       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1653                              && !Signals.failedLowAtRoot
1654                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1655
1656       if (   stillAtFirstMove
1657           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1658           Signals.stop = true;
1659   }
1660   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1661       Signals.stop = true;
1662
1663   else if (Limits.nodes)
1664   {
1665       Threads.mutex.lock();
1666
1667       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1668
1669       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1670       // all the currently active positions nodes.
1671       for (Thread* th : Threads)
1672           for (int i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1673           {
1674               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1675
1676               sp.mutex.lock();
1677
1678               nodes += sp.nodes;
1679
1680               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1681                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1682                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1683
1684               sp.mutex.unlock();
1685           }
1686
1687       Threads.mutex.unlock();
1688
1689       if (nodes >= Limits.nodes)
1690           Signals.stop = true;
1691   }
1692 }