Ressurrect hashfull patch
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Time::point SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Dynamic razoring margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71
72   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
73   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
74
75   inline Value futility_margin(Depth d) {
76     return Value(200 * d);
77   }
78
79   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
80   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
81
82   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   double BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   HistoryStats History;
91   GainsStats Gains;
92   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
93
94   template <NodeType NT, bool SpNode>
95   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
96
97   template <NodeType NT, bool InCheck>
98   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
99
100   void id_loop(Position& pos);
101   Value value_to_tt(Value v, int ply);
102   Value value_from_tt(Value v, int ply);
103   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
104   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
105   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
109                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
110                                     best(MOVE_NONE) {}
111    ~Skill() {
112       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
113           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
114                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
115     }
116
117     size_t candidates_size() const { return candidates; }
118     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
119     Move pick_move();
120
121     int level;
122     size_t candidates;
123     Move best;
124   };
125
126 } // namespace
127
128
129 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
130
131 void Search::init() {
132
133   // Init reductions array
134   for (int d = 1; d < 64; ++d)
135       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
136       {
137           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
138           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
139
140           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
141           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
142
143           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
144           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
145
146           // Increase reduction when eval is not improving
147           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
148               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
149       }
150
151   // Init futility move count array
152   for (int d = 0; d < 16; ++d)
153   {
154       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
155       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
156   }
157 }
158
159
160 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
161 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
162 template<bool Root>
163 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165   StateInfo st;
166   uint64_t cnt, nodes = 0;
167   CheckInfo ci(pos);
168   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
169
170   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
171   {
172       if (Root && depth <= ONE_PLY)
173           cnt = 1, nodes++;
174       else
175       {
176           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
177           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
178           nodes += cnt;
179           pos.undo_move(*it);
180       }
181       if (Root)
182           sync_cout << UCI::move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
183   }
184   return nodes;
185 }
186
187 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
188
189
190 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
191 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
192 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
193
194 void Search::think() {
195
196   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
197
198   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
199   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
200   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
201
202   TB::Hits = 0;
203   TB::RootInTB = false;
204   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
205   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
206   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
207
208   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
209   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
210   {
211       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
212       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
213   }
214
215   if (RootMoves.empty())
216   {
217       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
218       sync_cout << "info depth 0 score "
219                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
220                 << sync_endl;
221   }
222   else
223   {
224       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
225                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
226       {
227           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
228           // contains only moves that preserve the draw or win.
229           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
230
231           if (TB::RootInTB)
232               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
233
234           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
235           {
236               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
237               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
238
239               // Only probe during search if winning
240               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
241                   TB::Cardinality = 0;
242           }
243
244           if (TB::RootInTB)
245           {
246               TB::Hits = RootMoves.size();
247
248               if (!TB::UseRule50)
249                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
250                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
251                                                       :  VALUE_DRAW;
252           }
253       }
254
255       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
256           Threads[i]->maxPly = 0;
257
258       Threads.timer->run = true;
259       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
260
261       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
262
263       Threads.timer->run = false;
264   }
265
266   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
267   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
268   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
269   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
270   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
271   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
272   {
273       Signals.stopOnPonderhit = true;
274       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
275   }
276
277   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
278
279   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
280       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
281
282   std::cout << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
295     Depth depth;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297
298     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
299
300     depth = DEPTH_ZERO;
301     BestMoveChanges = 0;
302     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303     beta = VALUE_INFINITE;
304
305     TT.new_search();
306     History.clear();
307     Gains.clear();
308     Countermoves.clear();
309     Followupmoves.clear();
310
311     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
312     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
313
314     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
315     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
317
318     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
319     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
320     {
321         // Age out PV variability metric
322         BestMoveChanges *= 0.5;
323
324         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
325         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
326         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
327             RootMoves[i].previousScore = RootMoves[i].score;
328
329         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
330         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
331         {
332             // Reset aspiration window starting size
333             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
334             {
335                 delta = Value(16);
336                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
337                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
338             }
339
340             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
341             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
342             // high/low anymore.
343             while (true)
344             {
345                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
346
347                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
348                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
349                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
350                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
351                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
352                 // search the already searched PV lines are preserved.
353                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
354
355                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
356                 // entries have been overwritten during the search.
357                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
358                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
359
360                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
361                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
362                 // valid, although it refers to previous iteration.
363                 if (Signals.stop)
364                     break;
365
366                 // When failing high/low give some update (without cluttering
367                 // the UI) before a re-search.
368                 if (   multiPV == 1
369                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     beta = (alpha + beta) / 2;
378                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
379
380                     Signals.failedLowAtRoot = true;
381                     Signals.stopOnPonderhit = false;
382                 }
383                 else if (bestValue >= beta)
384                 {
385                     alpha = (alpha + beta) / 2;
386                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
387                 }
388                 else
389                     break;
390
391                 delta += delta / 2;
392
393                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
394             }
395
396             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
397             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
398
399             if (Signals.stop)
400                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
401                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
402
403             else if (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
404                      || Time::now() - SearchTime > 3000)
405                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
406         }
407
408         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
409         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
410             skill.pick_move();
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             // Take some extra time if the best move has changed
422             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
423                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
424
425             // Stop the search if only one legal move is available or all
426             // of the available time has been used.
427             if (   RootMoves.size() == 1
428                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
429             {
430                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
431                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
432                 if (Limits.ponder)
433                     Signals.stopOnPonderhit = true;
434                 else
435                     Signals.stop = true;
436             }
437         }
438     }
439   }
440
441
442   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
443   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
444   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
445   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
446   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
447   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
448
449   template <NodeType NT, bool SpNode>
450   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
451
452     const bool RootNode = NT == Root;
453     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
454
455     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
456     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
457     assert(depth > DEPTH_ZERO);
458
459     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
460     StateInfo st;
461     TTEntry* tte;
462     SplitPoint* splitPoint;
463     Key posKey;
464     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
465     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
466     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
467     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
468     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
469     int moveCount, quietCount;
470
471     // Step 1. Initialize node
472     Thread* thisThread = pos.this_thread();
473     inCheck = pos.checkers();
474
475     if (SpNode)
476     {
477         splitPoint = ss->splitPoint;
478         bestMove   = splitPoint->bestMove;
479         bestValue  = splitPoint->bestValue;
480         tte = NULL;
481         ttHit = false;
482         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
483         ttValue = VALUE_NONE;
484
485         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
486
487         goto moves_loop;
488     }
489
490     moveCount = quietCount = 0;
491     bestValue = -VALUE_INFINITE;
492     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
493
494     // Used to send selDepth info to GUI
495     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
496         thisThread->maxPly = ss->ply;
497
498     if (!RootNode)
499     {
500         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
501         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
502             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
503
504         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
505         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
506         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
507         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
508         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
509         // mate. In this case return a fail-high score.
510         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
511         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
512         if (alpha >= beta)
513             return alpha;
514     }
515
516     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
517
518     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
519     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
520     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
521
522     // Step 4. Transposition table lookup
523     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
524     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
525     excludedMove = ss->excludedMove;
526     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
527     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
528     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
529     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
530
531     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
532     if (  !PvNode
533         && ttHit
534         && tte->depth() >= depth
535         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
536         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
537                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
538     {
539         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
540
541         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
542         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
543             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
544
545         return ttValue;
546     }
547
548     // Step 4a. Tablebase probe
549     if (!RootNode && TB::Cardinality)
550     {
551         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
552
553         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
554             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
555             &&  pos.rule50_count() == 0)
556         {
557             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
558
559             if (found)
560             {
561                 TB::Hits++;
562
563                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
564
565                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
566                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
567                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
568
569                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
570                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
571                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
572
573                 return value;
574             }
575         }
576     }
577
578     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
579     if (inCheck)
580     {
581         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
582         goto moves_loop;
583     }
584
585     else if (ttHit)
586     {
587         // Never assume anything on values stored in TT
588         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
589             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
590
591         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
592         if (ttValue != VALUE_NONE)
593             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
594                 eval = ttValue;
595     }
596     else
597     {
598         eval = ss->staticEval =
599         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
600
601         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
602     }
603
604     if (ss->skipEarlyPruning)
605         goto moves_loop;
606
607     if (   !pos.captured_piece_type()
608         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
609         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
610         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
611         &&  move != MOVE_NONE
612         &&  type_of(move) == NORMAL)
613     {
614         Square to = to_sq(move);
615         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
616     }
617
618     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
619     if (   !PvNode
620         &&  depth < 4 * ONE_PLY
621         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
622         &&  ttMove == MOVE_NONE
623         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
624     {
625         if (   depth <= ONE_PLY
626             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
627             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
628
629         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
630         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
631         if (v <= ralpha)
632             return v;
633     }
634
635     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
636     if (   !RootNode
637         &&  depth < 7 * ONE_PLY
638         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
639         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
640         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
641         return eval - futility_margin(depth);
642
643     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
644     if (   !PvNode
645         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
646         &&  eval >= beta
647         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
648     {
649         ss->currentMove = MOVE_NULL;
650
651         assert(eval - beta >= 0);
652
653         // Null move dynamic reduction based on depth and value
654         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
655
656         pos.do_null_move(st);
657         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
658         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
659                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
660         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
661         pos.undo_null_move();
662
663         if (nullValue >= beta)
664         {
665             // Do not return unproven mate scores
666             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
667                 nullValue = beta;
668
669             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
670                 return nullValue;
671
672             // Do verification search at high depths
673             ss->skipEarlyPruning = true;
674             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
675                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
676             ss->skipEarlyPruning = false;
677
678             if (v >= beta)
679                 return nullValue;
680         }
681     }
682
683     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
684     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
685     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
686     // prune the previous move.
687     if (   !PvNode
688         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
689         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
690     {
691         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
692         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
693
694         assert(rdepth >= ONE_PLY);
695         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
696         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
697
698         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
699         CheckInfo ci(pos);
700
701         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
702             if (pos.legal(move, ci.pinned))
703             {
704                 ss->currentMove = move;
705                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
706                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
707                 pos.undo_move(move);
708                 if (value >= rbeta)
709                     return value;
710             }
711     }
712
713     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
714     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
715         && !ttMove
716         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
717     {
718         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
719         ss->skipEarlyPruning = true;
720         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
721         ss->skipEarlyPruning = false;
722
723         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
724         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
725     }
726
727 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
728
729     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
730     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
731                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
732
733     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
734     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
735                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
736
737     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
738     CheckInfo ci(pos);
739     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
740     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
741                || ss->staticEval == VALUE_NONE
742                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
743
744     singularExtensionNode =   !RootNode
745                            && !SpNode
746                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
747                            &&  ttMove != MOVE_NONE
748                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
749                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
750                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
751                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
752                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
753
754     // Step 11. Loop through moves
755     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
756     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
757     {
758       assert(is_ok(move));
759
760       if (move == excludedMove)
761           continue;
762
763       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
764       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
765       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
766       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
767           continue;
768
769       if (SpNode)
770       {
771           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
772           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
773               continue;
774
775           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
776           splitPoint->mutex.unlock();
777       }
778       else
779           ++moveCount;
780
781       if (RootNode)
782       {
783           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
784
785           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
786               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
787                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
788                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
789       }
790
791       if (PvNode)
792           (ss+1)->pv = NULL;
793
794       extension = DEPTH_ZERO;
795       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
796
797       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
798                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
799                   : pos.gives_check(move, ci);
800
801       dangerous =   givesCheck
802                  || type_of(move) != NORMAL
803                  || pos.advanced_pawn_push(move);
804
805       // Step 12. Extend checks
806       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
807           extension = ONE_PLY;
808
809       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
810       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
811       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
812       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
813       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
814       if (    singularExtensionNode
815           &&  move == ttMove
816           && !extension
817           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
818       {
819           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
820           ss->excludedMove = move;
821           ss->skipEarlyPruning = true;
822           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
823           ss->skipEarlyPruning = false;
824           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
825
826           if (value < rBeta)
827               extension = ONE_PLY;
828       }
829
830       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
831       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
832
833       // Step 13. Pruning at shallow depth
834       if (   !RootNode
835           && !captureOrPromotion
836           && !inCheck
837           && !dangerous
838           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
839       {
840           // Move count based pruning
841           if (   depth < 16 * ONE_PLY
842               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
843           {
844               if (SpNode)
845                   splitPoint->mutex.lock();
846
847               continue;
848           }
849
850           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
851
852           // Futility pruning: parent node
853           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
854           {
855               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
856                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
857
858               if (futilityValue <= alpha)
859               {
860                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
861
862                   if (SpNode)
863                   {
864                       splitPoint->mutex.lock();
865                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
866                           splitPoint->bestValue = bestValue;
867                   }
868                   continue;
869               }
870           }
871
872           // Prune moves with negative SEE at low depths
873           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
874           {
875               if (SpNode)
876                   splitPoint->mutex.lock();
877
878               continue;
879           }
880       }
881
882       // Speculative prefetch as early as possible
883       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
884
885       // Check for legality just before making the move
886       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
887       {
888           moveCount--;
889           continue;
890       }
891
892       ss->currentMove = move;
893       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
894           quietsSearched[quietCount++] = move;
895
896       // Step 14. Make the move
897       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
898
899       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
900       // re-searched at full depth.
901       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
902           &&  moveCount > 1
903           && !captureOrPromotion
904           &&  move != ss->killers[0]
905           &&  move != ss->killers[1])
906       {
907           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
908
909           if (   (!PvNode && cutNode)
910               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
911               ss->reduction += ONE_PLY;
912
913           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
914               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
915
916           // Decrease reduction for moves that escape a capture
917           if (   ss->reduction
918               && type_of(move) == NORMAL
919               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
920               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
921               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
922
923           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
924           if (SpNode)
925               alpha = splitPoint->alpha;
926
927           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
928
929           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
930           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
931           {
932               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
933               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
934           }
935
936           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
937           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
938       }
939       else
940           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
941
942       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
943       if (doFullDepthSearch)
944       {
945           if (SpNode)
946               alpha = splitPoint->alpha;
947
948           value = newDepth <   ONE_PLY ?
949                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
950                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
951                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
952       }
953
954       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
955       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
956       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
957       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
958       {
959           (ss+1)->pv = pv;
960           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
961
962           value = newDepth <   ONE_PLY ?
963                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
964                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
965                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
966       }
967
968       // Step 17. Undo move
969       pos.undo_move(move);
970
971       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
972
973       // Step 18. Check for new best move
974       if (SpNode)
975       {
976           splitPoint->mutex.lock();
977           bestValue = splitPoint->bestValue;
978           alpha = splitPoint->alpha;
979       }
980
981       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
982       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
983       // updating best move, PV and TT.
984       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
985           return VALUE_ZERO;
986
987       if (RootNode)
988       {
989           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
990
991           // PV move or new best move ?
992           if (moveCount == 1 || value > alpha)
993           {
994               rm.score = value;
995               rm.pv.resize(1);
996
997               assert((ss+1)->pv);
998
999               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1000                   rm.pv.push_back(*m);
1001
1002               // We record how often the best move has been changed in each
1003               // iteration. This information is used for time management: When
1004               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1005               if (moveCount > 1)
1006                   ++BestMoveChanges;
1007           }
1008           else
1009               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1010               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1011               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1012               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1013       }
1014
1015       if (value > bestValue)
1016       {
1017           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1018
1019           if (value > alpha)
1020           {
1021               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1022
1023               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1024                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1025
1026               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1027                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1028               else
1029               {
1030                   assert(value >= beta); // Fail high
1031
1032                   if (SpNode)
1033                       splitPoint->cutoff = true;
1034
1035                   break;
1036               }
1037           }
1038       }
1039
1040       // Step 19. Check for splitting the search
1041       if (   !SpNode
1042           &&  Threads.size() >= 2
1043           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1044           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1045                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
1046           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1047       {
1048           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1049
1050           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1051                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1052
1053           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1054               return VALUE_ZERO;
1055
1056           if (bestValue >= beta)
1057               break;
1058       }
1059     }
1060
1061     if (SpNode)
1062         return bestValue;
1063
1064     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1065     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1066     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1067     /*
1068        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1069         return VALUE_DRAW;
1070     */
1071
1072     // Step 20. Check for mate and stalemate
1073     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1074     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1075     // return a fail low score.
1076     if (!moveCount)
1077         bestValue = excludedMove ? alpha
1078                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1079
1080     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1081     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1082         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1083
1084     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1085               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1086               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1087               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1088
1089     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1090
1091     return bestValue;
1092   }
1093
1094
1095   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1096   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1097   // less than ONE_PLY).
1098
1099   template <NodeType NT, bool InCheck>
1100   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1101
1102     const bool PvNode = NT == PV;
1103
1104     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1105     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1106     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1107     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1108     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1109
1110     Move pv[MAX_PLY+1];
1111     StateInfo st;
1112     TTEntry* tte;
1113     Key posKey;
1114     Move ttMove, move, bestMove;
1115     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1116     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1117     Depth ttDepth;
1118
1119     if (PvNode)
1120     {
1121         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1122         (ss+1)->pv = pv;
1123         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1124     }
1125
1126     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1127     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1128
1129     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1130     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1131         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1132
1133     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1134
1135     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1136     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1137     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1138     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1139                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1140
1141     // Transposition table lookup
1142     posKey = pos.key();
1143     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1144     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1145     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1146
1147     if (  !PvNode
1148         && ttHit
1149         && tte->depth() >= ttDepth
1150         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1151         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1152                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1153     {
1154         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1155         return ttValue;
1156     }
1157
1158     // Evaluate the position statically
1159     if (InCheck)
1160     {
1161         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1162         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1163     }
1164     else
1165     {
1166         if (ttHit)
1167         {
1168             // Never assume anything on values stored in TT
1169             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1170                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1171
1172             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1173             if (ttValue != VALUE_NONE)
1174                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1175                     bestValue = ttValue;
1176         }
1177         else
1178             ss->staticEval = bestValue =
1179             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1180
1181         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1182         if (bestValue >= beta)
1183         {
1184             if (!ttHit)
1185                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1186                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1187
1188             return bestValue;
1189         }
1190
1191         if (PvNode && bestValue > alpha)
1192             alpha = bestValue;
1193
1194         futilityBase = bestValue + 128;
1195     }
1196
1197     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1198     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1199     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1200     // be generated.
1201     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1202     CheckInfo ci(pos);
1203
1204     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1205     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1206     {
1207       assert(is_ok(move));
1208
1209       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1210                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1211                   : pos.gives_check(move, ci);
1212
1213       // Futility pruning
1214       if (   !InCheck
1215           && !givesCheck
1216           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1217           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1218       {
1219           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1220
1221           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1222
1223           if (futilityValue <= alpha)
1224           {
1225               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1226               continue;
1227           }
1228
1229           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1230           {
1231               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1232               continue;
1233           }
1234       }
1235
1236       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1237       evasionPrunable =    InCheck
1238                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1239                        && !pos.capture(move)
1240                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1241
1242       // Don't search moves with negative SEE values
1243       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1244           &&  type_of(move) != PROMOTION
1245           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1246           continue;
1247
1248       // Speculative prefetch as early as possible
1249       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1250
1251       // Check for legality just before making the move
1252       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1253           continue;
1254
1255       ss->currentMove = move;
1256
1257       // Make and search the move
1258       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1259       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1260                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1261       pos.undo_move(move);
1262
1263       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1264
1265       // Check for new best move
1266       if (value > bestValue)
1267       {
1268           bestValue = value;
1269
1270           if (value > alpha)
1271           {
1272               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1273                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1274
1275               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1276               {
1277                   alpha = value;
1278                   bestMove = move;
1279               }
1280               else // Fail high
1281               {
1282                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1283                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1284
1285                   return value;
1286               }
1287           }
1288        }
1289     }
1290
1291     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1292     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1293     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1294         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1295
1296     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1297               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1298               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1299
1300     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1301
1302     return bestValue;
1303   }
1304
1305
1306   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1307   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1308   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1309
1310   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1311
1312     assert(v != VALUE_NONE);
1313
1314     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1315           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1316   }
1317
1318
1319   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1320   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1321   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1322
1323   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1324
1325     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1326           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1327           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1328   }
1329
1330
1331   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1332
1333   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1334
1335     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1336         *pv++ = *childPv++;
1337     *pv = MOVE_NONE;
1338   }
1339
1340   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1341   // of a quiet move.
1342
1343   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1344
1345     if (ss->killers[0] != move)
1346     {
1347         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1348         ss->killers[0] = move;
1349     }
1350
1351     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1352     // played quiet moves.
1353     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1354     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1355     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1356     {
1357         Move m = quiets[i];
1358         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1359     }
1360
1361     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1362     {
1363         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1364         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1365     }
1366
1367     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1368     {
1369         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1370         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1371     }
1372   }
1373
1374
1375   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1376   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1377
1378   Move Skill::pick_move() {
1379
1380     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1381     static PRNG rng(Time::now());
1382
1383     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1384     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1385     int weakness = 120 - 2 * level;
1386     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1387     best = MOVE_NONE;
1388
1389     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1390     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1391     // then we choose the move with the resulting highest score.
1392     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1393     {
1394         int score = RootMoves[i].score;
1395
1396         // This is our magic formula
1397         score += (  weakness * int(RootMoves[0].score - score)
1398                   + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1399
1400         if (score > maxScore)
1401         {
1402             maxScore = score;
1403             best = RootMoves[i].pv[0];
1404         }
1405     }
1406     return best;
1407   }
1408
1409
1410   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1411   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1412   // search score.
1413
1414   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1415
1416     std::stringstream ss;
1417     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1418     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1419     int selDepth = 0;
1420
1421     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1422         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1423             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1424
1425     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1426     {
1427         bool updated = (i <= PVIdx);
1428
1429         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1430             continue;
1431
1432         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1433         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1434
1435         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1436         v = tb ? TB::Score : v;
1437
1438         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1439             ss << "\n";
1440
1441         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1442            << " seldepth "  << selDepth
1443            << " multipv "   << i + 1
1444            << " score "     << UCI::value(v);
1445
1446         if (!tb && i == PVIdx)
1447               ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1448
1449         ss << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1450            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1451
1452         if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1453            ss << " hashfull "  << TT.hashfull();
1454
1455         ss << " tbhits "    << TB::Hits
1456            << " time "      << elapsed
1457            << " pv";
1458
1459         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1460             ss << " " << UCI::move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1461     }
1462
1463     return ss.str();
1464   }
1465
1466 } // namespace
1467
1468
1469 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1470 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1471 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1472
1473 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1474
1475   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1476   size_t idx = 0;
1477
1478   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1479   {
1480       bool ttHit;
1481       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1482
1483       if (!ttHit || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1484           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE, TT.generation());
1485
1486       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1487
1488       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1489   }
1490
1491   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1492 }
1493
1494
1495 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1496 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1497 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1498 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1499
1500 Move RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1501 {
1502     StateInfo st;
1503     bool found;
1504
1505     assert(pv.size() == 1);
1506
1507     pos.do_move(pv[0], st);
1508     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), found);
1509     Move m = found ? tte->move() : MOVE_NONE;
1510     if (!MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1511         m = MOVE_NONE;
1512
1513     pos.undo_move(pv[0]);
1514     pv.push_back(m);
1515     return m;
1516 }
1517
1518
1519 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1520
1521 void Thread::idle_loop() {
1522
1523   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1524   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1525   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1526
1527   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1528
1529   while (!exit)
1530   {
1531       // If this thread has been assigned work, launch a search
1532       while (searching)
1533       {
1534           Threads.mutex.lock();
1535
1536           assert(activeSplitPoint);
1537           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1538
1539           Threads.mutex.unlock();
1540
1541           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1542           Position pos(*sp->pos, this);
1543
1544           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1545           ss->splitPoint = sp;
1546
1547           sp->mutex.lock();
1548
1549           assert(activePosition == NULL);
1550
1551           activePosition = &pos;
1552
1553           if (sp->nodeType == NonPV)
1554               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1555
1556           else if (sp->nodeType == PV)
1557               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1558
1559           else if (sp->nodeType == Root)
1560               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1561
1562           else
1563               assert(false);
1564
1565           assert(searching);
1566
1567           searching = false;
1568           activePosition = NULL;
1569           sp->slavesMask.reset(idx);
1570           sp->allSlavesSearching = false;
1571           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1572
1573           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1574           // loop in case we are the last slave of the split point.
1575           if (    this != sp->masterThread
1576               &&  sp->slavesMask.none())
1577           {
1578               assert(!sp->masterThread->searching);
1579               sp->masterThread->notify_one();
1580           }
1581
1582           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1583           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1584           // the sp master.
1585           sp->mutex.unlock();
1586
1587           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1588           // already finished.
1589           if (Threads.size() > 2)
1590               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1591               {
1592                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1593                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1594
1595                   if (   sp
1596                       && sp->allSlavesSearching
1597                       && available_to(Threads[i]))
1598                   {
1599                       // Recheck the conditions under lock protection
1600                       Threads.mutex.lock();
1601                       sp->mutex.lock();
1602
1603                       if (   sp->allSlavesSearching
1604                           && available_to(Threads[i]))
1605                       {
1606                            sp->slavesMask.set(idx);
1607                            activeSplitPoint = sp;
1608                            searching = true;
1609                       }
1610
1611                       sp->mutex.unlock();
1612                       Threads.mutex.unlock();
1613
1614                       break; // Just a single attempt
1615                   }
1616               }
1617       }
1618
1619       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1620       mutex.lock();
1621
1622       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1623       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1624       {
1625           assert(!searching);
1626           mutex.unlock();
1627           break;
1628       }
1629
1630       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1631       // wasting CPU time polling for work.
1632       if (!searching && !exit)
1633           sleepCondition.wait(mutex);
1634
1635       mutex.unlock();
1636   }
1637 }
1638
1639
1640 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1641 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1642 /// available time and thus stop the search.
1643
1644 void check_time() {
1645
1646   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1647   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1648
1649   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1650   {
1651       lastInfoTime = Time::now();
1652       dbg_print();
1653   }
1654
1655   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1656   if (Limits.ponder)
1657       return;
1658
1659   if (Limits.use_time_management())
1660   {
1661       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1662                              && !Signals.failedLowAtRoot
1663                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1664
1665       if (   stillAtFirstMove
1666           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1667           Signals.stop = true;
1668   }
1669   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1670       Signals.stop = true;
1671
1672   else if (Limits.nodes)
1673   {
1674       Threads.mutex.lock();
1675
1676       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1677
1678       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1679       // all the currently active positions nodes.
1680       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1681           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1682           {
1683               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1684
1685               sp.mutex.lock();
1686
1687               nodes += sp.nodes;
1688
1689               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1690                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1691                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1692
1693               sp.mutex.unlock();
1694           }
1695
1696       Threads.mutex.unlock();
1697
1698       if (nodes >= Limits.nodes)
1699           Signals.stop = true;
1700   }
1701 }