Improve compatibility with Shredder Classic GUI
[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][32]; // [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_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
120   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
121   int mc; // moveCount
122
123   // Init reductions array
124   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
125   {
126       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
127       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
128
129       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
130       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
131
132       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
133       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
134
135       if (Reductions[0][0][hd][mc] >= 2)
136           Reductions[0][0][hd][mc] += 1;
137   }
138
139   // Init futility move count array
140   for (d = 0; d < 32; ++d)
141   {
142       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
143       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
144   }
145 }
146
147
148 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
149 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
150 template<bool Root>
151 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
152
153   StateInfo st;
154   uint64_t cnt, nodes = 0;
155   CheckInfo ci(pos);
156   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
157
158   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
159   {
160       if (Root && depth <= ONE_PLY)
161           cnt = 1, nodes++;
162       else
163       {
164           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
165           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
166           nodes += cnt;
167           pos.undo_move(*it);
168       }
169       if (Root)
170           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
171   }
172   return nodes;
173 }
174
175 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
176
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
185
186   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
201   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
202       Threads[i]->maxPly = 0;
203
204   Threads.timer->run = true;
205   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
206
207   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
208
209   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
210
211 finalize:
212
213   // When search is stopped this info is not printed
214   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
215             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
216
217   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
218   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
219   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
220   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
221   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
222   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
223   {
224       Signals.stopOnPonderhit = true;
225       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
226   }
227
228   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
229   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
230             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
231             << sync_endl;
232 }
233
234
235 namespace {
236
237   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
238   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
239   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
240
241   void id_loop(Position& pos) {
242
243     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
244     int depth;
245     Value bestValue, alpha, beta, delta;
246
247     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
248
249     depth = 0;
250     BestMoveChanges = 0;
251     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
252     beta = VALUE_INFINITE;
253
254     TT.new_search();
255     History.clear();
256     Gains.clear();
257     Countermoves.clear();
258     Followupmoves.clear();
259
260     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
261     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
262
263     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
264     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
265     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
266
267     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
268     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
269     {
270         // Age out PV variability metric
271         BestMoveChanges *= 0.5;
272
273         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
274         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
275         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
276             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
277
278         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
279         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
280         {
281             // Reset aspiration window starting size
282             if (depth >= 5)
283             {
284                 delta = Value(16);
285                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
286                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
287             }
288
289             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
290             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
291             // high/low anymore.
292             while (true)
293             {
294                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
295
296                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
297                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
298                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
299                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
300                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
301                 // search the already searched PV lines are preserved.
302                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
303
304                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
305                 // entries have been overwritten during the search.
306                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
307                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
308
309                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
310                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
311                 // valid, although it refers to previous iteration.
312                 if (Signals.stop)
313                     break;
314
315                 // When failing high/low give some update (without cluttering
316                 // the UI) before a re-search.
317                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
318                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
319                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
320
321                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
322                 // re-search, otherwise exit the loop.
323                 if (bestValue <= alpha)
324                 {
325                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
326
327                     Signals.failedLowAtRoot = true;
328                     Signals.stopOnPonderhit = false;
329                 }
330                 else if (bestValue >= beta)
331                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
332
333                 else
334                     break;
335
336                 delta += 3 * delta / 8;
337
338                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
342             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
343
344             if (   !Signals.stop
345                 && (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
346                     || Time::now() - SearchTime > 3000))
347                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
348         }
349
350         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
351         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
352             skill.pick_move();
353
354         // Have we found a "mate in x"?
355         if (   Limits.mate
356             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
357             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
358             Signals.stop = true;
359
360         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
361         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
362         {
363             // Take some extra time if the best move has changed
364             if (depth > 4 && multiPV == 1)
365                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
366
367             // Stop the search if only one legal move is available or all
368             // of the available time has been used.
369             if (   RootMoves.size() == 1
370                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
371             {
372                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
373                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
374                 if (Limits.ponder)
375                     Signals.stopOnPonderhit = true;
376                 else
377                     Signals.stop = true;
378             }
379         }
380     }
381   }
382
383
384   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
385   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
386   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
387   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
388   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
389   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
390
391   template <NodeType NT, bool SpNode>
392   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
393
394     const bool RootNode = NT == Root;
395     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
396
397     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
398     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
399     assert(depth > DEPTH_ZERO);
400
401     Move quietsSearched[64];
402     StateInfo st;
403     const TTEntry *tte;
404     SplitPoint* splitPoint;
405     Key posKey;
406     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
407     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
408     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
409     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
410     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
411     int moveCount, quietCount;
412
413     // Step 1. Initialize node
414     Thread* thisThread = pos.this_thread();
415     inCheck = pos.checkers();
416
417     if (SpNode)
418     {
419         splitPoint = ss->splitPoint;
420         bestMove   = splitPoint->bestMove;
421         bestValue  = splitPoint->bestValue;
422         tte = NULL;
423         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
424         ttValue = VALUE_NONE;
425
426         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
427
428         goto moves_loop;
429     }
430
431     moveCount = quietCount = 0;
432     bestValue = -VALUE_INFINITE;
433     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
434     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
435     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
436     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
437
438     // Used to send selDepth info to GUI
439     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
440         thisThread->maxPly = ss->ply;
441
442     if (!RootNode)
443     {
444         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
445         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
446             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
447
448         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
449         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
450         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
451         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
452         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
453         // mate. In this case return a fail-high score.
454         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
455         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
456         if (alpha >= beta)
457             return alpha;
458     }
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 PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
470     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
471     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
472     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
473     if (   !RootNode
474         && tte
475         && tte->depth() >= depth
476         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
477         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
478             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
479                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
480     {
481         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
482
483         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
484         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
485             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
486
487         return ttValue;
488     }
489
490     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
491     if (inCheck)
492     {
493         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
494         goto moves_loop;
495     }
496
497     else if (tte)
498     {
499         // Never assume anything on values stored in TT
500         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
501             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
502
503         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
504         if (ttValue != VALUE_NONE)
505             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
506                 eval = ttValue;
507     }
508     else
509     {
510         eval = ss->staticEval =
511         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
512
513         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
514     }
515
516     if (   !pos.captured_piece_type()
517         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
518         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
519         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
520         &&  move != MOVE_NONE
521         &&  type_of(move) == NORMAL)
522     {
523         Square to = to_sq(move);
524         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
525     }
526
527     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
528     if (   !PvNode
529         &&  depth < 4 * ONE_PLY
530         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
531         &&  ttMove == MOVE_NONE
532         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
533     {
534         if (   depth <= ONE_PLY
535             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
536             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
537
538         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
539         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
540         if (v <= ralpha)
541             return v;
542     }
543
544     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
545     if (   !PvNode
546         && !ss->skipNullMove
547         &&  depth < 7 * ONE_PLY
548         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
549         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
550         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
551         return eval - futility_margin(depth);
552
553     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
554     if (   !PvNode
555         && !ss->skipNullMove
556         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
557         &&  eval >= beta
558         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
559     {
560         ss->currentMove = MOVE_NULL;
561
562         assert(eval - beta >= 0);
563
564         // Null move dynamic reduction based on depth and value
565         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
566
567         pos.do_null_move(st);
568         (ss+1)->skipNullMove = true;
569         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
570                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
571         (ss+1)->skipNullMove = false;
572         pos.undo_null_move();
573
574         if (nullValue >= beta)
575         {
576             // Do not return unproven mate scores
577             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
578                 nullValue = beta;
579
580             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
581                 return nullValue;
582
583             // Do verification search at high depths
584             ss->skipNullMove = true;
585             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
586                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
587             ss->skipNullMove = false;
588
589             if (v >= beta)
590                 return nullValue;
591         }
592     }
593
594     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
595     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
596     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
597     // prune the previous move.
598     if (   !PvNode
599         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
600         && !ss->skipNullMove
601         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
602     {
603         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
604         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
605
606         assert(rdepth >= ONE_PLY);
607         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
608         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
609
610         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
611         CheckInfo ci(pos);
612
613         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
614             if (pos.legal(move, ci.pinned))
615             {
616                 ss->currentMove = move;
617                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
618                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
619                 pos.undo_move(move);
620                 if (value >= rbeta)
621                     return value;
622             }
623     }
624
625     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
626     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
627         && !ttMove
628         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
629     {
630         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
631         ss->skipNullMove = true;
632         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
633         ss->skipNullMove = false;
634
635         tte = TT.probe(posKey);
636         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
637     }
638
639 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
640
641     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
642     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
643                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
644
645     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
646     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
647                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
648
649     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
650     CheckInfo ci(pos);
651     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
652     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
653                || ss->staticEval == VALUE_NONE
654                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
655
656     singularExtensionNode =   !RootNode
657                            && !SpNode
658                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
659                            &&  ttMove != MOVE_NONE
660                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
661                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
662                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
663                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
664                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
665
666     // Step 11. Loop through moves
667     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
668     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
669     {
670       assert(is_ok(move));
671
672       if (move == excludedMove)
673           continue;
674
675       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
676       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
677       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
678       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
679           continue;
680
681       if (SpNode)
682       {
683           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
684           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
685               continue;
686
687           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
688           splitPoint->mutex.unlock();
689       }
690       else
691           ++moveCount;
692
693       if (RootNode)
694       {
695           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
696
697           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
698               sync_cout << "info depth " << depth
699                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
700                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
701       }
702
703       ext = DEPTH_ZERO;
704       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
705
706       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
707                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
708                   : pos.gives_check(move, ci);
709
710       dangerous =   givesCheck
711                  || type_of(move) != NORMAL
712                  || pos.advanced_pawn_push(move);
713
714       // Step 12. Extend checks
715       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
716           ext = ONE_PLY;
717
718       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
719       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
720       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
721       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
722       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
723       if (    singularExtensionNode
724           &&  move == ttMove
725           && !ext
726           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
727       {
728           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
729           ss->excludedMove = move;
730           ss->skipNullMove = true;
731           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
732           ss->skipNullMove = false;
733           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
734
735           if (value < rBeta)
736               ext = ONE_PLY;
737       }
738
739       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
740       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
741
742       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
743       if (   !PvNode
744           && !captureOrPromotion
745           && !inCheck
746           && !dangerous
747        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
748           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
749       {
750           // Move count based pruning
751           if (   depth < 16 * ONE_PLY
752               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
753           {
754               if (SpNode)
755                   splitPoint->mutex.lock();
756
757               continue;
758           }
759
760           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
761
762           // Futility pruning: parent node
763           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
764           {
765               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
766                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
767
768               if (futilityValue <= alpha)
769               {
770                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
771
772                   if (SpNode)
773                   {
774                       splitPoint->mutex.lock();
775                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
776                           splitPoint->bestValue = bestValue;
777                   }
778                   continue;
779               }
780           }
781
782           // Prune moves with negative SEE at low depths
783           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
784           {
785               if (SpNode)
786                   splitPoint->mutex.lock();
787
788               continue;
789           }
790       }
791
792       // Speculative prefetch as early as possible
793       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
794
795       // Check for legality just before making the move
796       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
797       {
798           moveCount--;
799           continue;
800       }
801
802       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
803       ss->currentMove = move;
804       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
805           quietsSearched[quietCount++] = move;
806
807       // Step 14. Make the move
808       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
809
810       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
811       // re-searched at full depth.
812       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
813           && !pvMove
814           && !captureOrPromotion
815           &&  move != ttMove
816           &&  move != ss->killers[0]
817           &&  move != ss->killers[1])
818       {
819           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
820
821           if (   (!PvNode && cutNode)
822               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
823               ss->reduction += ONE_PLY;
824
825           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
826               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
827
828           // Decrease reduction for moves that escape a capture
829           if (   ss->reduction
830               && type_of(move) == NORMAL
831               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
832               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
833               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
834
835           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
836           if (SpNode)
837               alpha = splitPoint->alpha;
838
839           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
840
841           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
842           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
843           {
844               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
845               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
846           }
847
848           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
849           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
850       }
851       else
852           doFullDepthSearch = !pvMove;
853
854       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
855       if (doFullDepthSearch)
856       {
857           if (SpNode)
858               alpha = splitPoint->alpha;
859
860           value = newDepth <   ONE_PLY ?
861                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
862                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
863                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
864       }
865
866       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
867       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
868       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
869       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
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       // Step 17. Undo move
875       pos.undo_move(move);
876
877       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
878
879       // Step 18. Check for new best move
880       if (SpNode)
881       {
882           splitPoint->mutex.lock();
883           bestValue = splitPoint->bestValue;
884           alpha = splitPoint->alpha;
885       }
886
887       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
888       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
889       // updating best move, PV and TT.
890       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
891           return VALUE_ZERO;
892
893       if (RootNode)
894       {
895           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
896
897           // PV move or new best move ?
898           if (pvMove || value > alpha)
899           {
900               rm.score = value;
901               rm.extract_pv_from_tt(pos);
902
903               // We record how often the best move has been changed in each
904               // iteration. This information is used for time management: When
905               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
906               if (!pvMove)
907                   ++BestMoveChanges;
908           }
909           else
910               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
911               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
912               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
913               rm.score = -VALUE_INFINITE;
914       }
915
916       if (value > bestValue)
917       {
918           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
919
920           if (value > alpha)
921           {
922               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
923
924               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
925                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
926               else
927               {
928                   assert(value >= beta); // Fail high
929
930                   if (SpNode)
931                       splitPoint->cutoff = true;
932
933                   break;
934               }
935           }
936       }
937
938       // Step 19. Check for splitting the search
939       if (   !SpNode
940           &&  Threads.size() >= 2
941           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
942           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
943                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
944           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
945       {
946           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
947
948           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
949                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
950
951           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
952               return VALUE_ZERO;
953
954           if (bestValue >= beta)
955               break;
956       }
957     }
958
959     if (SpNode)
960         return bestValue;
961
962     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
963     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
964     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
965     /*
966        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
967         return VALUE_DRAW;
968     */
969
970     // Step 20. Check for mate and stalemate
971     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
972     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
973     // return a fail low score.
974     if (!moveCount)
975         bestValue = excludedMove ? alpha
976                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
977
978     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
979     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
980         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
981
982     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
983              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
984              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
985              depth, bestMove, ss->staticEval);
986
987     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
988
989     return bestValue;
990   }
991
992
993   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
994   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
995   // less than ONE_PLY).
996
997   template <NodeType NT, bool InCheck>
998   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
999
1000     const bool PvNode = NT == PV;
1001
1002     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1003     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1004     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1005     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1006     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1007
1008     StateInfo st;
1009     const TTEntry* tte;
1010     Key posKey;
1011     Move ttMove, move, bestMove;
1012     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1013     bool givesCheck, evasionPrunable;
1014     Depth ttDepth;
1015
1016     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1017     if (PvNode)
1018         oldAlpha = alpha;
1019
1020     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1021     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1022
1023     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1024     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1025         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1026
1027     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1028     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1029     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1030     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1031                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1032
1033     // Transposition table lookup
1034     posKey = pos.key();
1035     tte = TT.probe(posKey);
1036     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1037     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1038
1039     if (   tte
1040         && tte->depth() >= ttDepth
1041         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1042         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1043             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1044                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1045     {
1046         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1047         return ttValue;
1048     }
1049
1050     // Evaluate the position statically
1051     if (InCheck)
1052     {
1053         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1054         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1055     }
1056     else
1057     {
1058         if (tte)
1059         {
1060             // Never assume anything on values stored in TT
1061             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1062                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1063
1064             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1065             if (ttValue != VALUE_NONE)
1066                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1067                     bestValue = ttValue;
1068         }
1069         else
1070             ss->staticEval = bestValue =
1071             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1072
1073         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1074         if (bestValue >= beta)
1075         {
1076             if (!tte)
1077                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1078                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1079
1080             return bestValue;
1081         }
1082
1083         if (PvNode && bestValue > alpha)
1084             alpha = bestValue;
1085
1086         futilityBase = bestValue + 128;
1087     }
1088
1089     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1090     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1091     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1092     // be generated.
1093     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1094     CheckInfo ci(pos);
1095
1096     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1097     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1098     {
1099       assert(is_ok(move));
1100
1101       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1102                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1103                   : pos.gives_check(move, ci);
1104
1105       // Futility pruning
1106       if (   !PvNode
1107           && !InCheck
1108           && !givesCheck
1109           &&  move != ttMove
1110           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1111           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1112       {
1113           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1114
1115           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1116
1117           if (futilityValue < beta)
1118           {
1119               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1120               continue;
1121           }
1122
1123           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1124           {
1125               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1126               continue;
1127           }
1128       }
1129
1130       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1131       evasionPrunable =    InCheck
1132                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1133                        && !pos.capture(move)
1134                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1135
1136       // Don't search moves with negative SEE values
1137       if (   !PvNode
1138           && (!InCheck || evasionPrunable)
1139           &&  move != ttMove
1140           &&  type_of(move) != PROMOTION
1141           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1142           continue;
1143
1144       // Speculative prefetch as early as possible
1145       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1146
1147       // Check for legality just before making the move
1148       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1149           continue;
1150
1151       ss->currentMove = move;
1152
1153       // Make and search the move
1154       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1155       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1156                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1157       pos.undo_move(move);
1158
1159       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1160
1161       // Check for new best move
1162       if (value > bestValue)
1163       {
1164           bestValue = value;
1165
1166           if (value > alpha)
1167           {
1168               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1169               {
1170                   alpha = value;
1171                   bestMove = move;
1172               }
1173               else // Fail high
1174               {
1175                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1176                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1177
1178                   return value;
1179               }
1180           }
1181        }
1182     }
1183
1184     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1185     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1186     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1187         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1188
1189     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1190              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1191              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1192
1193     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1194
1195     return bestValue;
1196   }
1197
1198
1199   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1200   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1201   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1202
1203   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1204
1205     assert(v != VALUE_NONE);
1206
1207     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1208           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1209   }
1210
1211
1212   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1213   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1214   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1215
1216   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1217
1218     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1219           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1220           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1221   }
1222
1223
1224   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1225   // of a quiet move.
1226
1227   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1228
1229     if (ss->killers[0] != move)
1230     {
1231         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1232         ss->killers[0] = move;
1233     }
1234
1235     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1236     // played quiet moves.
1237     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1238     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1239     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1240     {
1241         Move m = quiets[i];
1242         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1243     }
1244
1245     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1246     {
1247         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1248         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1249     }
1250
1251     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1252     {
1253         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1254         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1255     }
1256   }
1257
1258
1259   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1260   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1261
1262   Move Skill::pick_move() {
1263
1264     static RKISS rk;
1265
1266     // PRNG sequence should be not deterministic
1267     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1268         rk.rand<unsigned>();
1269
1270     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1271     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1272     int weakness = 120 - 2 * level;
1273     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1274     best = MOVE_NONE;
1275
1276     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1277     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1278     // then we choose the move with the resulting highest score.
1279     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1280     {
1281         int s = RootMoves[i].score;
1282
1283         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1284         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1285             break;
1286
1287         // This is our magic formula
1288         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1289               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1290
1291         if (s > max_s)
1292         {
1293             max_s = s;
1294             best = RootMoves[i].pv[0];
1295         }
1296     }
1297     return best;
1298   }
1299
1300
1301   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1302   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1303   // search score.
1304
1305   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1306
1307     std::stringstream ss;
1308     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1309     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1310     int selDepth = 0;
1311
1312     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1313         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1314             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1315
1316     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1317     {
1318         bool updated = (i <= PVIdx);
1319
1320         if (depth == 1 && !updated)
1321             continue;
1322
1323         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1324         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1325
1326         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1327             ss << "\n";
1328
1329         ss << "info depth " << d
1330            << " seldepth "  << selDepth
1331            << " multipv "   << i + 1
1332            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1333            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1334            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1335            << " time "      << elapsed
1336            << " pv";
1337
1338         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1339             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1340     }
1341
1342     return ss.str();
1343   }
1344
1345 } // namespace
1346
1347
1348 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1349 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1350 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1351 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1352
1353 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1354
1355   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1356   const TTEntry* tte;
1357   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1358   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1359   Value expectedScore = score;
1360
1361   pv.clear();
1362
1363   do {
1364       pv.push_back(m);
1365
1366       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1367
1368       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1369       tte = TT.probe(pos.key());
1370       expectedScore = -expectedScore;
1371
1372   } while (   tte
1373            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1374            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1375            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1376            && ply < MAX_PLY
1377            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1378
1379   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1380
1381   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1382 }
1383
1384
1385 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1386 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1387 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1388
1389 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1390
1391   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1392   const TTEntry* tte;
1393   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1394
1395   do {
1396       tte = TT.probe(pos.key());
1397
1398       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1399           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1400
1401       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1402
1403       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1404
1405   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1406
1407   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1408 }
1409
1410
1411 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1412
1413 void Thread::idle_loop() {
1414
1415   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1416   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1417   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1418
1419   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1420
1421   while (!exit)
1422   {
1423       // If this thread has been assigned work, launch a search
1424       while (searching)
1425       {
1426           Threads.mutex.lock();
1427
1428           assert(activeSplitPoint);
1429           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1430
1431           Threads.mutex.unlock();
1432
1433           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1434           Position pos(*sp->pos, this);
1435
1436           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1437           ss->splitPoint = sp;
1438
1439           sp->mutex.lock();
1440
1441           assert(activePosition == NULL);
1442
1443           activePosition = &pos;
1444
1445           if (sp->nodeType == NonPV)
1446               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1447
1448           else if (sp->nodeType == PV)
1449               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1450
1451           else if (sp->nodeType == Root)
1452               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1453
1454           else
1455               assert(false);
1456
1457           assert(searching);
1458
1459           searching = false;
1460           activePosition = NULL;
1461           sp->slavesMask.reset(idx);
1462           sp->allSlavesSearching = false;
1463           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1464
1465           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1466           // loop in case we are the last slave of the split point.
1467           if (    this != sp->masterThread
1468               &&  sp->slavesMask.none())
1469           {
1470               assert(!sp->masterThread->searching);
1471               sp->masterThread->notify_one();
1472           }
1473
1474           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1475           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1476           // the sp master.
1477           sp->mutex.unlock();
1478
1479           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1480           // already finished.
1481           if (Threads.size() > 2)
1482               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1483               {
1484                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1485                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1486
1487                   if (   sp
1488                       && sp->allSlavesSearching
1489                       && available_to(Threads[i]))
1490                   {
1491                       // Recheck the conditions under lock protection
1492                       Threads.mutex.lock();
1493                       sp->mutex.lock();
1494
1495                       if (   sp->allSlavesSearching
1496                           && available_to(Threads[i]))
1497                       {
1498                            sp->slavesMask.set(idx);
1499                            activeSplitPoint = sp;
1500                            searching = true;
1501                       }
1502
1503                       sp->mutex.unlock();
1504                       Threads.mutex.unlock();
1505
1506                       break; // Just a single attempt
1507                   }
1508               }
1509       }
1510
1511       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1512       mutex.lock();
1513
1514       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1515       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1516       {
1517           assert(!searching);
1518           mutex.unlock();
1519           break;
1520       }
1521
1522       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1523       // wasting CPU time polling for work.
1524       if (!searching && !exit)
1525           sleepCondition.wait(mutex);
1526
1527       mutex.unlock();
1528   }
1529 }
1530
1531
1532 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1533 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1534 /// available time and thus stop the search.
1535
1536 void check_time() {
1537
1538   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1539   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1540
1541   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1542   {
1543       lastInfoTime = Time::now();
1544       dbg_print();
1545   }
1546
1547   if (Limits.ponder)
1548       return;
1549
1550   if (Limits.nodes)
1551   {
1552       Threads.mutex.lock();
1553
1554       nodes = RootPos.nodes_searched();
1555
1556       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1557       // all the currently active positions nodes.
1558       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1559           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1560           {
1561               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1562
1563               sp.mutex.lock();
1564
1565               nodes += sp.nodes;
1566
1567               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1568                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1569                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1570
1571               sp.mutex.unlock();
1572           }
1573
1574       Threads.mutex.unlock();
1575   }
1576
1577   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1578   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1579                          && !Signals.failedLowAtRoot
1580                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1581
1582   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1583                    || stillAtFirstMove;
1584
1585   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1586       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1587       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1588       Signals.stop = true;
1589 }