eb3fc82a40862c24ec907b8bdd53c6d98a34ca08
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t MultiPV, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   // Dynamic draw value: try to avoid repetition draws at early midgame
189   int cf = std::max(70 - RootPos.game_ply(), 0);
190   DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
191   DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
192
193   if (RootMoves.empty())
194   {
195       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
196       sync_cout << "info depth 0 score "
197                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
198                 << sync_endl;
199
200       goto finalize;
201   }
202
203   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
204   {
205       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
206
207       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
208       {
209           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
210           goto finalize;
211       }
212   }
213
214   if (Options["Write Search Log"])
215   {
216       Log log(Options["Search Log Filename"]);
217       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
218           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
219           << " ponder: "      << Limits.ponder
220           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
221           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
222           << " moves to go: " << Limits.movestogo
223           << std::endl;
224   }
225
226   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
227   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
228       Threads[i]->maxPly = 0;
229
230   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
231   Threads.timer->run = true;
232   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
233
234   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
235
236   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
237   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
238
239   if (Options["Write Search Log"])
240   {
241       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
242
243       Log log(Options["Search Log Filename"]);
244       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
245           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
246           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
247
248       StateInfo st;
249       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
250       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
251       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
252   }
253
254 finalize:
255
256   // When search is stopped this info is not printed
257   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
258             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
259
260   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
261   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
262   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
263   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
264   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
265   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
266   {
267       Signals.stopOnPonderhit = true;
268       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
269   }
270
271   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
272   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
273             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
274             << 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_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
287     int depth;
288     Value bestValue, alpha, beta, delta;
289
290     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
291     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
292
293     depth = 0;
294     BestMoveChanges = 0;
295     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
296     beta = VALUE_INFINITE;
297
298     TT.new_search();
299     History.clear();
300     Gains.clear();
301     Countermoves.clear();
302     Followupmoves.clear();
303
304     MultiPV = Options["MultiPV"];
305     Skill skill(Options["Skill Level"]);
306
307     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
308     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
309     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
310         MultiPV = 4;
311
312     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
313
314     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
315     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
316     {
317         // Age out PV variability metric
318         BestMoveChanges *= 0.5;
319
320         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
321         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
322         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
323             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
324
325         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
326         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
327         {
328             // Reset aspiration window starting size
329             if (depth >= 5)
330             {
331                 delta = Value(16);
332                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
333                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
334             }
335
336             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
337             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
338             // high/low anymore.
339             while (true)
340             {
341                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
342
343                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
344                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
345                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
346                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
347                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
348                 // search the already searched PV lines are preserved.
349                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
350
351                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
352                 // entries have been overwritten during the search.
353                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
354                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
355
356                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
357                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
358                 // valid, although it refers to previous iteration.
359                 if (Signals.stop)
360                     break;
361
362                 // When failing high/low give some update (without cluttering
363                 // the UI) before a re-search.
364                 if (  (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                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
373
374                     Signals.failedLowAtRoot = true;
375                     Signals.stopOnPonderhit = false;
376                 }
377                 else if (bestValue >= beta)
378                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
379
380                 else
381                     break;
382
383                 delta += delta / 2;
384
385                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
386             }
387
388             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
389             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
390
391             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
392                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
393         }
394
395         Time::point iterationTime = Time::now() - SearchTime;
396
397         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
398         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
399             skill.pick_move();
400
401         if (Options["Write Search Log"])
402         {
403             RootMove& rm = RootMoves[0];
404             if (skill.best != MOVE_NONE)
405                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
406
407             Log log(Options["Search Log Filename"]);
408             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
409                 << std::endl;
410         }
411
412         // Have we found a "mate in x"?
413         if (   Limits.mate
414             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
415             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
416             Signals.stop = true;
417
418         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
419         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
420         {
421             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
422
423             // Take some extra time if the best move has changed
424             if (depth > 4 && depth < 50 &&  MultiPV == 1)
425                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
426
427             // Stop the search if only one legal move is available or all
428             // of the available time has been used.
429             if (   RootMoves.size() == 1
430                 || iterationTime > TimeMgr.available_time() )
431                 stop = true;
432
433             if (stop)
434             {
435                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
436                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
437                 if (Limits.ponder)
438                     Signals.stopOnPonderhit = true;
439                 else
440                     Signals.stop = true;
441             }
442         }
443     }
444   }
445
446
447   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
448   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
449   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
450   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
451   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
452   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
453
454   template <NodeType NT>
455   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
456
457     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
458     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
459     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
460
461     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
462     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
463     assert(depth > DEPTH_ZERO);
464
465     Move quietsSearched[64];
466     StateInfo st;
467     const TTEntry *tte;
468     SplitPoint* splitPoint;
469     Key posKey;
470     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
471     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
472     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
473     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
474     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
475     int moveCount, quietCount;
476
477     // Step 1. Initialize node
478     Thread* thisThread = pos.this_thread();
479     inCheck = pos.checkers();
480
481     if (SpNode)
482     {
483         splitPoint = ss->splitPoint;
484         bestMove   = splitPoint->bestMove;
485         bestValue  = splitPoint->bestValue;
486         tte = NULL;
487         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
488         ttValue = VALUE_NONE;
489
490         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
491
492         goto moves_loop;
493     }
494
495     moveCount = quietCount = 0;
496     bestValue = -VALUE_INFINITE;
497     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
498     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
499     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
500     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
501
502     // Used to send selDepth info to GUI
503     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
504         thisThread->maxPly = ss->ply;
505
506     if (!RootNode)
507     {
508         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
509         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
510             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
511
512         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
513         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
514         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
515         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
516         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
517         // mate. In this case return a fail-high score.
518         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
519         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
520         if (alpha >= beta)
521             return alpha;
522     }
523
524     // Step 4. Transposition table lookup
525     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
526     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
527     excludedMove = ss->excludedMove;
528     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
529     tte = TT.probe(posKey);
530     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
531     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
532
533     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
534     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
535     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
536     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
537     if (   !RootNode
538         && tte
539         && tte->depth() >= depth
540         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
541         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
542             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
543                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
544     {
545         TT.refresh(tte);
546         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
547
548         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
549         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
550             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
551
552         return ttValue;
553     }
554
555     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
556     if (inCheck)
557     {
558         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
559         goto moves_loop;
560     }
561
562     else if (tte)
563     {
564         // Never assume anything on values stored in TT
565         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
566             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
567
568         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
569         if (ttValue != VALUE_NONE)
570             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
571                 eval = ttValue;
572     }
573     else
574     {
575         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
576         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
577     }
578
579     if (   !pos.captured_piece_type()
580         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
581         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
582         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
583         &&  type_of(move) == NORMAL)
584     {
585         Square to = to_sq(move);
586         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
587     }
588
589     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
590     if (   !PvNode
591         &&  depth < 4 * ONE_PLY
592         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
593         &&  ttMove == MOVE_NONE
594         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
595         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
596     {
597         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
598         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
599         if (v <= ralpha)
600             return v;
601     }
602
603     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
604     if (   !PvNode
605         && !ss->skipNullMove
606         &&  depth < 7 * ONE_PLY
607         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
608         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
609         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
610         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
611         return eval - futility_margin(depth);
612
613     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
614     if (   !PvNode
615         && !ss->skipNullMove
616         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
617         &&  eval >= beta
618         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
619         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
620     {
621         ss->currentMove = MOVE_NULL;
622
623         assert(eval - beta >= 0);
624
625         // Null move dynamic reduction based on depth and value
626         Depth R =  3 * ONE_PLY
627                  + depth / 4
628                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
629
630         pos.do_null_move(st);
631         (ss+1)->skipNullMove = true;
632         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
633                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
634         (ss+1)->skipNullMove = false;
635         pos.undo_null_move();
636
637         if (nullValue >= beta)
638         {
639             // Do not return unproven mate scores
640             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
641                 nullValue = beta;
642
643             if (depth < 12 * ONE_PLY)
644                 return nullValue;
645
646             // Do verification search at high depths
647             ss->skipNullMove = true;
648             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
649                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
650             ss->skipNullMove = false;
651
652             if (v >= beta)
653                 return nullValue;
654         }
655     }
656
657     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
658     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
659     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
660     // prune the previous move.
661     if (   !PvNode
662         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
663         && !ss->skipNullMove
664         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
665     {
666         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
667         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
668
669         assert(rdepth >= ONE_PLY);
670         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
671         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
672
673         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
674         CheckInfo ci(pos);
675
676         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
677             if (pos.legal(move, ci.pinned))
678             {
679                 ss->currentMove = move;
680                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
681                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
682                 pos.undo_move(move);
683                 if (value >= rbeta)
684                     return value;
685             }
686     }
687
688     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
689     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
690         && !ttMove
691         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
692     {
693         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
694
695         ss->skipNullMove = true;
696         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
697         ss->skipNullMove = false;
698
699         tte = TT.probe(posKey);
700         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
701     }
702
703 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
704
705     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
706     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
707                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
708
709     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
710     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
711                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
712
713     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
714     CheckInfo ci(pos);
715     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
716     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
717                || ss->staticEval == VALUE_NONE
718                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
719
720     singularExtensionNode =   !RootNode
721                            && !SpNode
722                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
723                            &&  ttMove != MOVE_NONE
724                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
725                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
726                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
727
728     // Step 11. Loop through moves
729     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
730     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
731     {
732       assert(is_ok(move));
733
734       if (move == excludedMove)
735           continue;
736
737       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
738       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
739       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
740       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
741           continue;
742
743       if (SpNode)
744       {
745           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
746           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
747               continue;
748
749           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
750           splitPoint->mutex.unlock();
751       }
752       else
753           ++moveCount;
754
755       if (RootNode)
756       {
757           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
758
759           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
760               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
761                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
762                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
763       }
764
765       ext = DEPTH_ZERO;
766       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
767
768       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
769                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
770                   : pos.gives_check(move, ci);
771
772       dangerous =   givesCheck
773                  || type_of(move) != NORMAL
774                  || pos.advanced_pawn_push(move);
775
776       // Step 12. Extend checks
777       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
778           ext = ONE_PLY;
779
780       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
781       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
782       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
783       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
784       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
785       if (    singularExtensionNode
786           &&  move == ttMove
787           && !ext
788           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
789           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
790       {
791           assert(ttValue != VALUE_NONE);
792
793           Value rBeta = ttValue - int(depth);
794           ss->excludedMove = move;
795           ss->skipNullMove = true;
796           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
797           ss->skipNullMove = false;
798           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
799
800           if (value < rBeta)
801               ext = ONE_PLY;
802       }
803
804       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
805       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
806
807       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
808       if (   !PvNode
809           && !captureOrPromotion
810           && !inCheck
811           && !dangerous
812        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
813           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
814       {
815           // Move count based pruning
816           if (   depth < 16 * ONE_PLY
817               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
818           {
819               if (SpNode)
820                   splitPoint->mutex.lock();
821
822               continue;
823           }
824
825           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
826
827           // Futility pruning: parent node
828           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
829           {
830               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
831                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
832
833               if (futilityValue <= alpha)
834               {
835                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
836
837                   if (SpNode)
838                   {
839                       splitPoint->mutex.lock();
840                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
841                           splitPoint->bestValue = bestValue;
842                   }
843                   continue;
844               }
845           }
846
847           // Prune moves with negative SEE at low depths
848           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
849           {
850               if (SpNode)
851                   splitPoint->mutex.lock();
852
853               continue;
854           }
855       }
856
857       // Check for legality just before making the move
858       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
859       {
860           moveCount--;
861           continue;
862       }
863
864       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
865       ss->currentMove = move;
866       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
867           quietsSearched[quietCount++] = move;
868
869       // Step 14. Make the move
870       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
871
872       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
873       // re-searched at full depth.
874       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
875           && !pvMove
876           && !captureOrPromotion
877           &&  move != ttMove
878           &&  move != ss->killers[0]
879           &&  move != ss->killers[1])
880       {
881           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
882
883           if (!PvNode && cutNode)
884               ss->reduction += ONE_PLY;
885
886           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
887               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
888
889           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
890               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
891
892           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
893           if (SpNode)
894               alpha = splitPoint->alpha;
895
896           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
897
898           // Research at intermediate depth if reduction is very high
899           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
900           {
901               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
902               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
903           }
904
905           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
906           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
907       }
908       else
909           doFullDepthSearch = !pvMove;
910
911       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
912       if (doFullDepthSearch)
913       {
914           if (SpNode)
915               alpha = splitPoint->alpha;
916
917           value = newDepth < ONE_PLY ?
918                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
919                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
920                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
921       }
922
923       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
924       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
925       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
926       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
927           value = newDepth < ONE_PLY ?
928                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
929                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
930                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
931       // Step 17. Undo move
932       pos.undo_move(move);
933
934       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
935
936       // Step 18. Check for new best move
937       if (SpNode)
938       {
939           splitPoint->mutex.lock();
940           bestValue = splitPoint->bestValue;
941           alpha = splitPoint->alpha;
942       }
943
944       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
945       // was aborted because the user interrupted the search or because we
946       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
947       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
948       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
949           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
950
951       if (RootNode)
952       {
953           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
954
955           // PV move or new best move ?
956           if (pvMove || value > alpha)
957           {
958               rm.score = value;
959               rm.extract_pv_from_tt(pos);
960
961               // We record how often the best move has been changed in each
962               // iteration. This information is used for time management: When
963               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
964               if (!pvMove)
965                   ++BestMoveChanges;
966           }
967           else
968               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
969               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
970               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
971               rm.score = -VALUE_INFINITE;
972       }
973
974       if (value > bestValue)
975       {
976           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
977
978           if (value > alpha)
979           {
980               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
981
982               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
983                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
984               else
985               {
986                   assert(value >= beta); // Fail high
987
988                   if (SpNode)
989                       splitPoint->cutoff = true;
990
991                   break;
992               }
993           }
994       }
995
996       // Step 19. Check for splitting the search
997       if (   !SpNode
998           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
999           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1000           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1001       {
1002           assert(bestValue < beta);
1003
1004           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1005                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1006           if (bestValue >= beta)
1007               break;
1008       }
1009     }
1010
1011     if (SpNode)
1012         return bestValue;
1013
1014     // Step 20. Check for mate and stalemate
1015     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1016     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1017     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1018     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1019     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1020     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1021     if (!moveCount)
1022         return  excludedMove ? alpha
1023               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1024
1025     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1026     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1027         bestValue = alpha;
1028
1029     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1030              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1031              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1032              depth, bestMove, ss->staticEval);
1033
1034     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1035     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1036         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1037
1038     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1039
1040     return bestValue;
1041   }
1042
1043
1044   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1045   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1046   // less than ONE_PLY).
1047
1048   template <NodeType NT, bool InCheck>
1049   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1050
1051     const bool PvNode = (NT == PV);
1052
1053     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1054     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1055     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1056     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1057     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1058
1059     StateInfo st;
1060     const TTEntry* tte;
1061     Key posKey;
1062     Move ttMove, move, bestMove;
1063     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1064     bool givesCheck, evasionPrunable;
1065     Depth ttDepth;
1066
1067     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1068     if (PvNode)
1069         oldAlpha = alpha;
1070
1071     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1072     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1073
1074     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1075     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1076         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1077
1078     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1079     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1080     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1081     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1082                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1083
1084     // Transposition table lookup
1085     posKey = pos.key();
1086     tte = TT.probe(posKey);
1087     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1088     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1089
1090     if (   tte
1091         && tte->depth() >= ttDepth
1092         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1093         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1094             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1095                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1096     {
1097         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1098         return ttValue;
1099     }
1100
1101     // Evaluate the position statically
1102     if (InCheck)
1103     {
1104         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1105         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1106     }
1107     else
1108     {
1109         if (tte)
1110         {
1111             // Never assume anything on values stored in TT
1112             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1113                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1114
1115             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1116             if (ttValue != VALUE_NONE)
1117                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1118                     bestValue = ttValue;
1119         }
1120         else
1121             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1122
1123         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1124         if (bestValue >= beta)
1125         {
1126             if (!tte)
1127                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1128                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1129
1130             return bestValue;
1131         }
1132
1133         if (PvNode && bestValue > alpha)
1134             alpha = bestValue;
1135
1136         futilityBase = bestValue + Value(128);
1137     }
1138
1139     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1140     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1141     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1142     // be generated.
1143     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1144     CheckInfo ci(pos);
1145
1146     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1147     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1148     {
1149       assert(is_ok(move));
1150
1151       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1152                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1153                   : pos.gives_check(move, ci);
1154
1155       // Futility pruning
1156       if (   !PvNode
1157           && !InCheck
1158           && !givesCheck
1159           &&  move != ttMove
1160           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1161           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1162       {
1163           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1164
1165           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1166
1167           if (futilityValue < beta)
1168           {
1169               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1170               continue;
1171           }
1172
1173           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1174           {
1175               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1176               continue;
1177           }
1178       }
1179
1180       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1181       evasionPrunable =    InCheck
1182                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1183                        && !pos.capture(move)
1184                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1185
1186       // Don't search moves with negative SEE values
1187       if (   !PvNode
1188           && (!InCheck || evasionPrunable)
1189           &&  move != ttMove
1190           &&  type_of(move) != PROMOTION
1191           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1192           continue;
1193
1194       // Check for legality just before making the move
1195       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1196           continue;
1197
1198       ss->currentMove = move;
1199
1200       // Make and search the move
1201       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1202       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1203                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1204       pos.undo_move(move);
1205
1206       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1207
1208       // Check for new best move
1209       if (value > bestValue)
1210       {
1211           bestValue = value;
1212
1213           if (value > alpha)
1214           {
1215               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1216               {
1217                   alpha = value;
1218                   bestMove = move;
1219               }
1220               else // Fail high
1221               {
1222                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1223                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1224
1225                   return value;
1226               }
1227           }
1228        }
1229     }
1230
1231     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1232     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1233     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1234         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1235
1236     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1237              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1238              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1239
1240     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1241
1242     return bestValue;
1243   }
1244
1245
1246   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1247   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1248   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1249
1250   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1251
1252     assert(v != VALUE_NONE);
1253
1254     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1255           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1256   }
1257
1258
1259   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1260   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1261   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1262
1263   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1264
1265     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1266           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1267           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1268   }
1269
1270
1271   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1272   // of a quiet move.
1273
1274   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1275
1276     if (ss->killers[0] != move)
1277     {
1278         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1279         ss->killers[0] = move;
1280     }
1281
1282     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1283     // played quiet moves.
1284     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1285     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1286     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1287     {
1288         Move m = quiets[i];
1289         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1290     }
1291
1292     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1293     {
1294         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1295         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1296     }
1297
1298     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1299     {
1300         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1301         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1302     }
1303   }
1304
1305
1306   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1307   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1308
1309   Move Skill::pick_move() {
1310
1311     static RKISS rk;
1312
1313     // PRNG sequence should be not deterministic
1314     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1315         rk.rand<unsigned>();
1316
1317     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1318     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1319     int weakness = 120 - 2 * level;
1320     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1321     best = MOVE_NONE;
1322
1323     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1324     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1325     // then we choose the move with the resulting highest score.
1326     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1327     {
1328         int s = RootMoves[i].score;
1329
1330         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1331         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1332             break;
1333
1334         // This is our magic formula
1335         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1336               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1337
1338         if (s > max_s)
1339         {
1340             max_s = s;
1341             best = RootMoves[i].pv[0];
1342         }
1343     }
1344     return best;
1345   }
1346
1347
1348   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1349   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1350   // search score.
1351
1352   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1353
1354     std::stringstream s;
1355     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1356     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1357     int selDepth = 0;
1358
1359     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1360         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1361             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1362
1363     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1364     {
1365         bool updated = (i <= PVIdx);
1366
1367         if (depth == 1 && !updated)
1368             continue;
1369
1370         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1371         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1372
1373         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1374             s << "\n";
1375
1376         s << "info depth " << d
1377           << " seldepth "  << selDepth
1378           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1379           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1380           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1381           << " time "      << elapsed
1382           << " multipv "   << i + 1
1383           << " pv";
1384
1385         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1386             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1387     }
1388
1389     return s.str();
1390   }
1391
1392 } // namespace
1393
1394
1395 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1396 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1397 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1398 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1399
1400 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1401
1402   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1403   const TTEntry* tte;
1404   int ply = 0;
1405   Move m = pv[0];
1406
1407   pv.clear();
1408
1409   do {
1410       pv.push_back(m);
1411
1412       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1413
1414       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1415       tte = TT.probe(pos.key());
1416
1417   } while (   tte
1418            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1419            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1420            && ply < MAX_PLY
1421            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1422
1423   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1424
1425   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1426 }
1427
1428
1429 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1430 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1431 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1432
1433 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1434
1435   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1436   const TTEntry* tte;
1437   int ply = 0;
1438
1439   do {
1440       tte = TT.probe(pos.key());
1441
1442       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1443           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1444
1445       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1446
1447       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1448
1449   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1450
1451   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1452 }
1453
1454
1455 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1456
1457 void Thread::idle_loop() {
1458
1459   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1460   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1461   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1462
1463   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1464
1465   while (true)
1466   {
1467       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1468       // wasting CPU time polling for work.
1469       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1470       {
1471           if (exit)
1472           {
1473               assert(!this_sp);
1474               return;
1475           }
1476
1477           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1478           mutex.lock();
1479
1480           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1481           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1482           {
1483               mutex.unlock();
1484               break;
1485           }
1486
1487           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1488           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1489           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1490           // we had the chance to grab the lock.
1491           if (!searching && !exit)
1492               sleepCondition.wait(mutex);
1493
1494           mutex.unlock();
1495       }
1496
1497       // If this thread has been assigned work, launch a search
1498       if (searching)
1499       {
1500           assert(!exit);
1501
1502           Threads.mutex.lock();
1503
1504           assert(searching);
1505           assert(activeSplitPoint);
1506           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1507
1508           Threads.mutex.unlock();
1509
1510           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1511           Position pos(*sp->pos, this);
1512
1513           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1514           ss->splitPoint = sp;
1515
1516           sp->mutex.lock();
1517
1518           assert(activePosition == NULL);
1519
1520           activePosition = &pos;
1521
1522           switch (sp->nodeType) {
1523           case Root:
1524               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1525               break;
1526           case PV:
1527               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1528               break;
1529           case NonPV:
1530               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1531               break;
1532           default:
1533               assert(false);
1534           }
1535
1536           assert(searching);
1537
1538           searching = false;
1539           activePosition = NULL;
1540           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1541           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1542
1543           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1544           // loop in case we are the last slave of the split point.
1545           if (    Threads.sleepWhileIdle
1546               &&  this != sp->masterThread
1547               && !sp->slavesMask)
1548           {
1549               assert(!sp->masterThread->searching);
1550               sp->masterThread->notify_one();
1551           }
1552
1553           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1554           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1555           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1556           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1557           sp->mutex.unlock();
1558       }
1559
1560       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1561       // their work at this split point, return from the idle loop.
1562       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1563       {
1564           this_sp->mutex.lock();
1565           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1566           this_sp->mutex.unlock();
1567           if (finished)
1568               return;
1569       }
1570   }
1571 }
1572
1573
1574 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1575 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1576 /// available time and thus stop the search.
1577
1578 void check_time() {
1579
1580   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1581   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1582
1583   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1584   {
1585       lastInfoTime = Time::now();
1586       dbg_print();
1587   }
1588
1589   if (Limits.ponder)
1590       return;
1591
1592   if (Limits.nodes)
1593   {
1594       Threads.mutex.lock();
1595
1596       nodes = RootPos.nodes_searched();
1597
1598       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1599       // all the currently active positions nodes.
1600       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1601           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1602           {
1603               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1604
1605               sp.mutex.lock();
1606
1607               nodes += sp.nodes;
1608               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1609               while (sm)
1610               {
1611                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1612                   if (pos)
1613                       nodes += pos->nodes_searched();
1614               }
1615
1616               sp.mutex.unlock();
1617           }
1618
1619       Threads.mutex.unlock();
1620   }
1621
1622   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1623   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1624                          && !Signals.failedLowAtRoot
1625                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1626
1627   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1628                    || stillAtFirstMove;
1629
1630   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1631       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1632       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1633       Signals.stop = true;
1634 }