ef83f4598da967c20b49d304df451d92db02c583
[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 "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.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   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Different node types, used as template parameter
56   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
57
58   // Dynamic razoring margin based on depth
59   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
60
61   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
62   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
63
64   inline Value futility_margin(Depth d) {
65     return Value(100 * d);
66   }
67
68   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
69   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
70
71   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
72
73     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
74   }
75
76   size_t MultiPV, PVIdx;
77   TimeManager TimeMgr;
78   double BestMoveChanges;
79   Value DrawValue[COLOR_NB];
80   HistoryStats History;
81   GainsStats Gains;
82   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
83
84   template <NodeType NT, bool SpNode>
85   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
86
87   template <NodeType NT, bool InCheck>
88   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
89
90   void id_loop(Position& pos);
91   Value value_to_tt(Value v, int ply);
92   Value value_from_tt(Value v, int ply);
93   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
94   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
95
96   struct Skill {
97     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
98    ~Skill() {
99       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
100           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
101                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
102     }
103
104     bool enabled() const { return level < 20; }
105     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
106     Move pick_move();
107
108     int level;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
120   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
121   int mc; // moveCount
122
123   // Init reductions array
124   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
125   {
126       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
127       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
128       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
129       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
130
131       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
132       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
133
134       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
135           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
136
137       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
139   }
140
141   // Init futility move count array
142   for (d = 0; d < 32; ++d)
143   {
144       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
145       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
146   }
147 }
148
149
150 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
151 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
152
153 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
154
155   StateInfo st;
156   uint64_t cnt = 0;
157   CheckInfo ci(pos);
158   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
159
160   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
161   {
162       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
163       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
164       pos.undo_move(*it);
165   }
166   return cnt;
167 }
168
169 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
170   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
171 }
172
173 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
174 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
175 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
176
177 void Search::think() {
178
179   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
180
181   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
182   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
183   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
184
185   if (RootMoves.empty())
186   {
187       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
188       sync_cout << "info depth 0 score "
189                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
190                 << sync_endl;
191
192       goto finalize;
193   }
194
195   if (Options["Write Search Log"])
196   {
197       Log log(Options["Search Log Filename"]);
198       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
199           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
200           << " ponder: "      << Limits.ponder
201           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
202           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
203           << " moves to go: " << Limits.movestogo
204           << "\n" << std::endl;
205   }
206
207   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
208   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
209       Threads[i]->maxPly = 0;
210
211   Threads.timer->run = true;
212   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
213
214   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
215
216   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
217
218   if (Options["Write Search Log"])
219   {
220       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
221
222       Log log(Options["Search Log Filename"]);
223       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
224           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
225           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
226
227       StateInfo st;
228       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
229       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
230       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
231   }
232
233 finalize:
234
235   // When search is stopped this info is not printed
236   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
237             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
238
239   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
240   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
241   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
242   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
243   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
244   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
245   {
246       Signals.stopOnPonderhit = true;
247       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
248   }
249
250   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
251   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
252             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
253             << sync_endl;
254 }
255
256
257 namespace {
258
259   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
260   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
261   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
262
263   void id_loop(Position& pos) {
264
265     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
266     int depth;
267     Value bestValue, alpha, beta, delta;
268
269     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
270
271     depth = 0;
272     BestMoveChanges = 0;
273     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
274     beta = VALUE_INFINITE;
275
276     TT.new_search();
277     History.clear();
278     Gains.clear();
279     Countermoves.clear();
280     Followupmoves.clear();
281
282     MultiPV = Options["MultiPV"];
283     Skill skill(Options["Skill Level"]);
284
285     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
286     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
287     if (skill.enabled() && MultiPV < 4)
288         MultiPV = 4;
289
290     MultiPV = std::min(MultiPV, RootMoves.size());
291
292     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
293     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
294     {
295         // Age out PV variability metric
296         BestMoveChanges *= 0.5;
297
298         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
299         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
300         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
301             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
302
303         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
304         for (PVIdx = 0; PVIdx < MultiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
305         {
306             // Reset aspiration window starting size
307             if (depth >= 5)
308             {
309                 delta = Value(16);
310                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
311                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
312             }
313
314             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
315             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
316             // high/low anymore.
317             while (true)
318             {
319                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
320
321                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
322                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
323                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
324                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
325                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
326                 // search the already searched PV lines are preserved.
327                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
328
329                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
330                 // entries have been overwritten during the search.
331                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
332                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
333
334                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
335                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
336                 // valid, although it refers to previous iteration.
337                 if (Signals.stop)
338                     break;
339
340                 // When failing high/low give some update (without cluttering
341                 // the UI) before a re-search.
342                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
343                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
344                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
345
346                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
347                 // re-search, otherwise exit the loop.
348                 if (bestValue <= alpha)
349                 {
350                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
351
352                     Signals.failedLowAtRoot = true;
353                     Signals.stopOnPonderhit = false;
354                 }
355                 else if (bestValue >= beta)
356                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
357
358                 else
359                     break;
360
361                 delta += delta / 2;
362
363                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
364             }
365
366             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
367             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
368
369             if (PVIdx + 1 == MultiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
370                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
371         }
372
373         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
374         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
375             skill.pick_move();
376
377         if (Options["Write Search Log"])
378         {
379             RootMove& rm = RootMoves[0];
380             if (skill.best != MOVE_NONE)
381                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
382
383             Log log(Options["Search Log Filename"]);
384             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
385                 << std::endl;
386         }
387
388         // Have we found a "mate in x"?
389         if (   Limits.mate
390             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
391             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
392             Signals.stop = true;
393
394         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
395         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
396         {
397             // Take some extra time if the best move has changed
398             if (depth > 4 && MultiPV == 1)
399                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
400
401             // Stop the search if only one legal move is available or all
402             // of the available time has been used.
403             if (   RootMoves.size() == 1
404                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
405             {
406                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
407                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
408                 if (Limits.ponder)
409                     Signals.stopOnPonderhit = true;
410                 else
411                     Signals.stop = true;
412             }
413         }
414     }
415   }
416
417
418   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
419   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
420   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
421   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
422   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
423   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
424
425   template <NodeType NT, bool SpNode>
426   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
427
428     const bool RootNode = NT == Root;
429     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
430
431     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
432     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
433     assert(depth > DEPTH_ZERO);
434
435     Move quietsSearched[64];
436     StateInfo st;
437     const TTEntry *tte;
438     SplitPoint* splitPoint;
439     Key posKey;
440     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
441     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
442     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
443     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
444     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
445     int moveCount, quietCount;
446
447     // Step 1. Initialize node
448     Thread* thisThread = pos.this_thread();
449     inCheck = pos.checkers();
450
451     if (SpNode)
452     {
453         splitPoint = ss->splitPoint;
454         bestMove   = splitPoint->bestMove;
455         bestValue  = splitPoint->bestValue;
456         tte = NULL;
457         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
458         ttValue = VALUE_NONE;
459
460         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
461
462         goto moves_loop;
463     }
464
465     moveCount = quietCount = 0;
466     bestValue = -VALUE_INFINITE;
467     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
468     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
469     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
470     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
471
472     // Used to send selDepth info to GUI
473     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
474         thisThread->maxPly = ss->ply;
475
476     if (!RootNode)
477     {
478         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
479         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
480             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
481
482         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
483         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
484         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
485         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
486         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
487         // mate. In this case return a fail-high score.
488         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
489         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
490         if (alpha >= beta)
491             return alpha;
492     }
493
494     // Step 4. Transposition table lookup
495     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
496     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
497     excludedMove = ss->excludedMove;
498     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
499     tte = TT.probe(posKey);
500     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
501     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
502
503     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
504     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
505     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
506     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
507     if (   !RootNode
508         && tte
509         && tte->depth() >= depth
510         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
511         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
512             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
513                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
514     {
515         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
516
517         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
518         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
519             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
520
521         return ttValue;
522     }
523
524     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
525     if (inCheck)
526     {
527         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
528         goto moves_loop;
529     }
530
531     else if (tte)
532     {
533         // Never assume anything on values stored in TT
534         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
535             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
536
537         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
538         if (ttValue != VALUE_NONE)
539             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
540                 eval = ttValue;
541     }
542     else
543     {
544         eval = ss->staticEval =
545         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
546
547         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
548     }
549
550     if (   !pos.captured_piece_type()
551         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
552         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
553         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
554         &&  move != MOVE_NONE
555         &&  type_of(move) == NORMAL)
556     {
557         Square to = to_sq(move);
558         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
559     }
560
561     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
562     if (   !PvNode
563         &&  depth < 4 * ONE_PLY
564         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
565         &&  ttMove == MOVE_NONE
566         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
567     {
568         if (   depth <= ONE_PLY
569             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
570             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
571
572         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
573         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
574         if (v <= ralpha)
575             return v;
576     }
577
578     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
579     if (   !PvNode
580         && !ss->skipNullMove
581         &&  depth < 7 * ONE_PLY
582         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
583         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
584         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
585         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
586         return eval - futility_margin(depth);
587
588     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
589     if (   !PvNode
590         && !ss->skipNullMove
591         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
592         &&  eval >= beta
593         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
594     {
595         ss->currentMove = MOVE_NULL;
596
597         assert(eval - beta >= 0);
598
599         // Null move dynamic reduction based on depth and value
600         Depth R =  3 * ONE_PLY
601                  + depth / 4
602                  + (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN ? int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY
603                                                 : DEPTH_ZERO);
604
605         pos.do_null_move(st);
606         (ss+1)->skipNullMove = true;
607         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
608                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
609         (ss+1)->skipNullMove = false;
610         pos.undo_null_move();
611
612         if (nullValue >= beta)
613         {
614             // Do not return unproven mate scores
615             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
616                 nullValue = beta;
617
618             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
619                 return nullValue;
620
621             // Do verification search at high depths
622             ss->skipNullMove = true;
623             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
624                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
625             ss->skipNullMove = false;
626
627             if (v >= beta)
628                 return nullValue;
629         }
630     }
631
632     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
633     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
634     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
635     // prune the previous move.
636     if (   !PvNode
637         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
638         && !ss->skipNullMove
639         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
640     {
641         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
642         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
643
644         assert(rdepth >= ONE_PLY);
645         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
646         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
647
648         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
649         CheckInfo ci(pos);
650
651         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
652             if (pos.legal(move, ci.pinned))
653             {
654                 ss->currentMove = move;
655                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
656                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
657                 pos.undo_move(move);
658                 if (value >= rbeta)
659                     return value;
660             }
661     }
662
663     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
664     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
665         && !ttMove
666         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
667     {
668         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
669
670         ss->skipNullMove = true;
671         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
672         ss->skipNullMove = false;
673
674         tte = TT.probe(posKey);
675         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
676     }
677
678 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
679
680     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
681     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
682                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
683
684     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
685     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
686                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
687
688     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
689     CheckInfo ci(pos);
690     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
691     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
692                || ss->staticEval == VALUE_NONE
693                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
694
695     singularExtensionNode =   !RootNode
696                            && !SpNode
697                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
698                            &&  abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN
699                            &&  ttMove != MOVE_NONE
700                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
701                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
702                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
703                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
704                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
705
706     // Step 11. Loop through moves
707     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
708     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
709     {
710       assert(is_ok(move));
711
712       if (move == excludedMove)
713           continue;
714
715       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
716       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
717       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
718       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
719           continue;
720
721       if (SpNode)
722       {
723           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
724           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
725               continue;
726
727           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
728           splitPoint->mutex.unlock();
729       }
730       else
731           ++moveCount;
732
733       if (RootNode)
734       {
735           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
736
737           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
738               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
739                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
740                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
741       }
742
743       ext = DEPTH_ZERO;
744       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
745
746       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
747                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
748                   : pos.gives_check(move, ci);
749
750       dangerous =   givesCheck
751                  || type_of(move) != NORMAL
752                  || pos.advanced_pawn_push(move);
753
754       // Step 12. Extend checks
755       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
756           ext = ONE_PLY;
757
758       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
759       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
760       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
761       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
762       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
763       if (    singularExtensionNode
764           &&  move == ttMove
765           && !ext
766           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
767       {
768           Value rBeta = ttValue - int(depth);
769           ss->excludedMove = move;
770           ss->skipNullMove = true;
771           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
772           ss->skipNullMove = false;
773           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
774
775           if (value < rBeta)
776               ext = ONE_PLY;
777       }
778
779       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
780       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
781
782       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
783       if (   !PvNode
784           && !captureOrPromotion
785           && !inCheck
786           && !dangerous
787        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
788           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
789       {
790           // Move count based pruning
791           if (   depth < 16 * ONE_PLY
792               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
793           {
794               if (SpNode)
795                   splitPoint->mutex.lock();
796
797               continue;
798           }
799
800           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
801
802           // Futility pruning: parent node
803           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
804           {
805               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
806                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
807
808               if (futilityValue <= alpha)
809               {
810                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
811
812                   if (SpNode)
813                   {
814                       splitPoint->mutex.lock();
815                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
816                           splitPoint->bestValue = bestValue;
817                   }
818                   continue;
819               }
820           }
821
822           // Prune moves with negative SEE at low depths
823           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
824           {
825               if (SpNode)
826                   splitPoint->mutex.lock();
827
828               continue;
829           }
830       }
831
832       // Check for legality just before making the move
833       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
834       {
835           moveCount--;
836           continue;
837       }
838
839       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
840       ss->currentMove = move;
841       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
842           quietsSearched[quietCount++] = move;
843
844       // Step 14. Make the move
845       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
846
847       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
848       // re-searched at full depth.
849       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
850           && !pvMove
851           && !captureOrPromotion
852           &&  move != ttMove
853           &&  move != ss->killers[0]
854           &&  move != ss->killers[1])
855       {
856           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
857
858           if (!PvNode && cutNode)
859               ss->reduction += ONE_PLY;
860
861           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
862               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
863
864           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
865               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
866
867           // Decrease reduction for moves that escape a capture
868           if (   ss->reduction
869               && type_of(move) == NORMAL
870               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
871               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
872               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
873
874           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
875           if (SpNode)
876               alpha = splitPoint->alpha;
877
878           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
879
880           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
881           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
882           {
883               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
884               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
885           }
886
887           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
888           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
889       }
890       else
891           doFullDepthSearch = !pvMove;
892
893       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
894       if (doFullDepthSearch)
895       {
896           if (SpNode)
897               alpha = splitPoint->alpha;
898
899           value = newDepth < ONE_PLY ?
900                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
901                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
902                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
903       }
904
905       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
906       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
907       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
908       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
909           value = newDepth < ONE_PLY ?
910                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
911                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
912                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
913       // Step 17. Undo move
914       pos.undo_move(move);
915
916       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
917
918       // Step 18. Check for new best move
919       if (SpNode)
920       {
921           splitPoint->mutex.lock();
922           bestValue = splitPoint->bestValue;
923           alpha = splitPoint->alpha;
924       }
925
926       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
927       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
928       // updating best move, PV and TT.
929       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
930           return VALUE_ZERO;
931
932       if (RootNode)
933       {
934           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
935
936           // PV move or new best move ?
937           if (pvMove || value > alpha)
938           {
939               rm.score = value;
940               rm.extract_pv_from_tt(pos);
941
942               // We record how often the best move has been changed in each
943               // iteration. This information is used for time management: When
944               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
945               if (!pvMove)
946                   ++BestMoveChanges;
947           }
948           else
949               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
950               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
951               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
952               rm.score = -VALUE_INFINITE;
953       }
954
955       if (value > bestValue)
956       {
957           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
958
959           if (value > alpha)
960           {
961               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
962
963               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
964                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
965               else
966               {
967                   assert(value >= beta); // Fail high
968
969                   if (SpNode)
970                       splitPoint->cutoff = true;
971
972                   break;
973               }
974           }
975       }
976
977       // Step 19. Check for splitting the search
978       if (   !SpNode
979           &&  Threads.size() >= 2
980           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
981           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
982                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
983           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
984       {
985           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
986
987           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
988                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
989
990           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
991               return VALUE_ZERO;
992
993           if (bestValue >= beta)
994               break;
995       }
996     }
997
998     if (SpNode)
999         return bestValue;
1000
1001     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1002     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1003     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1004     /*
1005        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1006         return VALUE_DRAW;
1007     */
1008
1009     // Step 20. Check for mate and stalemate
1010     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1011     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1012     // return a fail low score.
1013     if (!moveCount)
1014         bestValue = excludedMove ? alpha
1015                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1016
1017     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1018     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1019         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1020
1021     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1022              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1023              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1024              depth, bestMove, ss->staticEval);
1025
1026     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1027
1028     return bestValue;
1029   }
1030
1031
1032   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1033   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1034   // less than ONE_PLY).
1035
1036   template <NodeType NT, bool InCheck>
1037   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1038
1039     const bool PvNode = NT == PV;
1040
1041     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1042     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1043     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1044     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1045     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1046
1047     StateInfo st;
1048     const TTEntry* tte;
1049     Key posKey;
1050     Move ttMove, move, bestMove;
1051     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1052     bool givesCheck, evasionPrunable;
1053     Depth ttDepth;
1054
1055     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1056     if (PvNode)
1057         oldAlpha = alpha;
1058
1059     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1060     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1061
1062     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1063     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1064         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1065
1066     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1067     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1068     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1069     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1070                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1071
1072     // Transposition table lookup
1073     posKey = pos.key();
1074     tte = TT.probe(posKey);
1075     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1076     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1077
1078     if (   tte
1079         && tte->depth() >= ttDepth
1080         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1081         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1082             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1083                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1084     {
1085         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1086         return ttValue;
1087     }
1088
1089     // Evaluate the position statically
1090     if (InCheck)
1091     {
1092         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1093         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1094     }
1095     else
1096     {
1097         if (tte)
1098         {
1099             // Never assume anything on values stored in TT
1100             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1101                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1102
1103             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1104             if (ttValue != VALUE_NONE)
1105                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1106                     bestValue = ttValue;
1107         }
1108         else
1109             ss->staticEval = bestValue =
1110             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1111
1112         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1113         if (bestValue >= beta)
1114         {
1115             if (!tte)
1116                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1117                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1118
1119             return bestValue;
1120         }
1121
1122         if (PvNode && bestValue > alpha)
1123             alpha = bestValue;
1124
1125         futilityBase = bestValue + 128;
1126     }
1127
1128     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1129     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1130     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1131     // be generated.
1132     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1133     CheckInfo ci(pos);
1134
1135     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1136     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1137     {
1138       assert(is_ok(move));
1139
1140       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1141                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1142                   : pos.gives_check(move, ci);
1143
1144       // Futility pruning
1145       if (   !PvNode
1146           && !InCheck
1147           && !givesCheck
1148           &&  move != ttMove
1149           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1150           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1151       {
1152           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1153
1154           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1155
1156           if (futilityValue < beta)
1157           {
1158               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1159               continue;
1160           }
1161
1162           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1163           {
1164               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1165               continue;
1166           }
1167       }
1168
1169       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1170       evasionPrunable =    InCheck
1171                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1172                        && !pos.capture(move)
1173                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1174
1175       // Don't search moves with negative SEE values
1176       if (   !PvNode
1177           && (!InCheck || evasionPrunable)
1178           &&  move != ttMove
1179           &&  type_of(move) != PROMOTION
1180           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1181           continue;
1182
1183       // Check for legality just before making the move
1184       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1185           continue;
1186
1187       ss->currentMove = move;
1188
1189       // Make and search the move
1190       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1191       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1192                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1193       pos.undo_move(move);
1194
1195       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1196
1197       // Check for new best move
1198       if (value > bestValue)
1199       {
1200           bestValue = value;
1201
1202           if (value > alpha)
1203           {
1204               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1205               {
1206                   alpha = value;
1207                   bestMove = move;
1208               }
1209               else // Fail high
1210               {
1211                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1212                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1213
1214                   return value;
1215               }
1216           }
1217        }
1218     }
1219
1220     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1221     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1222     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1223         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1224
1225     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1226              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1227              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1228
1229     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1230
1231     return bestValue;
1232   }
1233
1234
1235   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1236   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1237   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1238
1239   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1240
1241     assert(v != VALUE_NONE);
1242
1243     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1244           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1245   }
1246
1247
1248   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1249   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1250   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1251
1252   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1253
1254     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1255           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1256           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1257   }
1258
1259
1260   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1261   // of a quiet move.
1262
1263   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1264
1265     if (ss->killers[0] != move)
1266     {
1267         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1268         ss->killers[0] = move;
1269     }
1270
1271     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1272     // played quiet moves.
1273     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1274     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1275     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1276     {
1277         Move m = quiets[i];
1278         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1279     }
1280
1281     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1282     {
1283         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1284         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1285     }
1286
1287     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1288     {
1289         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1290         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1291     }
1292   }
1293
1294
1295   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1296   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1297
1298   Move Skill::pick_move() {
1299
1300     static RKISS rk;
1301
1302     // PRNG sequence should be not deterministic
1303     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1304         rk.rand<unsigned>();
1305
1306     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1307     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[MultiPV - 1].score, PawnValueMg);
1308     int weakness = 120 - 2 * level;
1309     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1310     best = MOVE_NONE;
1311
1312     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1313     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1314     // then we choose the move with the resulting highest score.
1315     for (size_t i = 0; i < MultiPV; ++i)
1316     {
1317         int s = RootMoves[i].score;
1318
1319         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1320         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1321             break;
1322
1323         // This is our magic formula
1324         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1325               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1326
1327         if (s > max_s)
1328         {
1329             max_s = s;
1330             best = RootMoves[i].pv[0];
1331         }
1332     }
1333     return best;
1334   }
1335
1336
1337   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1338   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1339   // search score.
1340
1341   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1342
1343     std::stringstream ss;
1344     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1345     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1346     int selDepth = 0;
1347
1348     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1349         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1350             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1351
1352     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1353     {
1354         bool updated = (i <= PVIdx);
1355
1356         if (depth == 1 && !updated)
1357             continue;
1358
1359         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1360         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1361
1362         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1363             ss << "\n";
1364
1365         ss << "info depth " << d
1366            << " seldepth "  << selDepth
1367            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1368            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1369            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1370            << " time "      << elapsed
1371            << " multipv "   << i + 1
1372            << " pv";
1373
1374         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1375             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1376     }
1377
1378     return ss.str();
1379   }
1380
1381 } // namespace
1382
1383
1384 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1385 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1386 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1387 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1388
1389 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1390
1391   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1392   const TTEntry* tte;
1393   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1394   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1395   Value expectedScore = score;
1396
1397   pv.clear();
1398
1399   do {
1400       pv.push_back(m);
1401
1402       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1403
1404       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1405       tte = TT.probe(pos.key());
1406       expectedScore = -expectedScore;
1407
1408   } while (   tte
1409            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1410            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1411            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1412            && ply < MAX_PLY
1413            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1414
1415   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1416
1417   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1418 }
1419
1420
1421 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1422 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1423 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1424
1425 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1426
1427   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1428   const TTEntry* tte;
1429   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1430
1431   do {
1432       tte = TT.probe(pos.key());
1433
1434       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1435           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1436
1437       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1438
1439       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1440
1441   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1442
1443   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1444 }
1445
1446
1447 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1448
1449 void Thread::idle_loop() {
1450
1451   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1452   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1453   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1454
1455   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1456
1457   while (true)
1458   {
1459       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1460       // wasting CPU time polling for work.
1461       while (!searching || exit)
1462       {
1463           if (exit)
1464           {
1465               assert(!this_sp);
1466               return;
1467           }
1468
1469           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1470           mutex.lock();
1471
1472           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1473           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1474           {
1475               mutex.unlock();
1476               break;
1477           }
1478
1479           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1480           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1481           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1482           // we had the chance to grab the lock.
1483           if (!searching && !exit)
1484               sleepCondition.wait(mutex);
1485
1486           mutex.unlock();
1487       }
1488
1489       // If this thread has been assigned work, launch a search
1490       if (searching)
1491       {
1492           assert(!exit);
1493
1494           Threads.mutex.lock();
1495
1496           assert(searching);
1497           assert(activeSplitPoint);
1498           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1499
1500           Threads.mutex.unlock();
1501
1502           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1503           Position pos(*sp->pos, this);
1504
1505           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1506           ss->splitPoint = sp;
1507
1508           sp->mutex.lock();
1509
1510           assert(activePosition == NULL);
1511
1512           activePosition = &pos;
1513
1514           if (sp->nodeType == NonPV)
1515               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1516
1517           else if (sp->nodeType == PV)
1518               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1519
1520           else if (sp->nodeType == Root)
1521               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1522
1523           else
1524               assert(false);
1525
1526           assert(searching);
1527
1528           searching = false;
1529           activePosition = NULL;
1530           sp->slavesMask.reset(idx);
1531           sp->allSlavesSearching = false;
1532           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1533
1534           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1535           // loop in case we are the last slave of the split point.
1536           if (    this != sp->masterThread
1537               &&  sp->slavesMask.none())
1538           {
1539               assert(!sp->masterThread->searching);
1540               sp->masterThread->notify_one();
1541           }
1542
1543           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1544           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1545           // the sp master.
1546           sp->mutex.unlock();
1547
1548           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1549           // already finished.
1550           if (Threads.size() > 2)
1551               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1552               {
1553                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1554                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1555
1556                   if (   sp
1557                       && sp->allSlavesSearching
1558                       && available_to(Threads[i]))
1559                   {
1560                       // Recheck the conditions under lock protection
1561                       Threads.mutex.lock();
1562                       sp->mutex.lock();
1563
1564                       if (   sp->allSlavesSearching
1565                           && available_to(Threads[i]))
1566                       {
1567                            sp->slavesMask.set(idx);
1568                            activeSplitPoint = sp;
1569                            searching = true;
1570                       }
1571
1572                       sp->mutex.unlock();
1573                       Threads.mutex.unlock();
1574
1575                       break; // Just a single attempt
1576                   }
1577               }
1578       }
1579
1580       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1581       // their work at this split point, return from the idle loop.
1582       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1583       {
1584           this_sp->mutex.lock();
1585           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1586           this_sp->mutex.unlock();
1587           if (finished)
1588               return;
1589       }
1590   }
1591 }
1592
1593
1594 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1595 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1596 /// available time and thus stop the search.
1597
1598 void check_time() {
1599
1600   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1601   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1602
1603   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1604   {
1605       lastInfoTime = Time::now();
1606       dbg_print();
1607   }
1608
1609   if (Limits.ponder)
1610       return;
1611
1612   if (Limits.nodes)
1613   {
1614       Threads.mutex.lock();
1615
1616       nodes = RootPos.nodes_searched();
1617
1618       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1619       // all the currently active positions nodes.
1620       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1621           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1622           {
1623               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1624
1625               sp.mutex.lock();
1626
1627               nodes += sp.nodes;
1628
1629               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1630                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1631                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1632
1633               sp.mutex.unlock();
1634           }
1635
1636       Threads.mutex.unlock();
1637   }
1638
1639   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1640   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1641                          && !Signals.failedLowAtRoot
1642                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1643
1644   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1645                    || stillAtFirstMove;
1646
1647   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1648       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1649       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1650       Signals.stop = true;
1651 }