]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Introduce Counter Move History tables
[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   TimePoint 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   // Razoring and futility margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
75   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   // Skill struct is used to implement strength limiting
82   struct Skill {
83     Skill(int l) : level(l) {}
84     bool enabled() const { return level < 20; }
85     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
86     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
87     Move pick_best(size_t multiPV);
88
89     int level;
90     Move best = MOVE_NONE;
91   };
92
93   size_t PVIdx;
94   TimeManager TimeMgr;
95   double BestMoveChanges;
96   Value DrawValue[COLOR_NB];
97   HistoryStats History;
98   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
99   GainsStats Gains;
100   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
101
102   template <NodeType NT, bool SpNode>
103   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
104
105   template <NodeType NT, bool InCheck>
106   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
107
108   void id_loop(Position& pos);
109   Value value_to_tt(Value v, int ply);
110   Value value_from_tt(Value v, int ply);
111   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
112   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
113
114 } // namespace
115
116
117 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
118
119 void Search::init() {
120
121   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
122
123   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
124       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
125           for (int d = 1; d < 64; ++d)
126               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
127               {
128                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
129
130                   if (r >= 1.5)
131                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
132
133                   // Increase reduction when eval is not improving
134                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
135                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
136               }
137
138   for (int d = 0; d < 16; ++d)
139   {
140       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
141       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
142   }
143 }
144
145
146 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
147 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
148 template<bool Root>
149 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
150
151   StateInfo st;
152   uint64_t cnt, nodes = 0;
153   CheckInfo ci(pos);
154   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
155
156   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
157   {
158       if (Root && depth <= ONE_PLY)
159           cnt = 1, nodes++;
160       else
161       {
162           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
163           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
164           nodes += cnt;
165           pos.undo_move(m);
166       }
167       if (Root)
168           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
169   }
170   return nodes;
171 }
172
173 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
183
184   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
185   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
186   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
187
188   TB::Hits = 0;
189   TB::RootInTB = false;
190   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
191   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
192   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
193
194   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
195   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
196   {
197       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
198       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
199   }
200
201   if (RootMoves.empty())
202   {
203       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
204       sync_cout << "info depth 0 score "
205                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
206                 << sync_endl;
207   }
208   else
209   {
210       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
211                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
212       {
213           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
214           // contains only moves that preserve the draw or win.
215           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
216
217           if (TB::RootInTB)
218               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
219
220           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
221           {
222               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
223               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
224
225               // Only probe during search if winning
226               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
227                   TB::Cardinality = 0;
228           }
229
230           if (TB::RootInTB)
231           {
232               TB::Hits = RootMoves.size();
233
234               if (!TB::UseRule50)
235                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
236                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
237                                                       :  VALUE_DRAW;
238           }
239       }
240
241       for (Thread* th : Threads)
242           th->maxPly = 0;
243
244       Threads.timer->run = true;
245       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
246
247       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
248
249       Threads.timer->run = false;
250   }
251
252   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
253   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
254   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
255   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
256   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
257   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
258   {
259       Signals.stopOnPonderhit = true;
260       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
261   }
262
263   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
264
265   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
266       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
267
268   std::cout << sync_endl;
269 }
270
271
272 namespace {
273
274   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
275   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
276   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
277
278   void id_loop(Position& pos) {
279
280     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
281     Depth depth;
282     Value bestValue, alpha, beta, delta;
283
284     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
285
286     depth = DEPTH_ZERO;
287     BestMoveChanges = 0;
288     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
289     beta = VALUE_INFINITE;
290
291     TT.new_search();
292     History.clear();
293     CounterMovesHistory.clear();
294     Gains.clear();
295     Countermoves.clear();
296     Followupmoves.clear();
297
298     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
299     Skill skill(Options["Skill Level"]);
300
301     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
302     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
303     if (skill.enabled())
304         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
305
306     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
307
308     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
309     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
310     {
311         // Age out PV variability metric
312         BestMoveChanges *= 0.5;
313
314         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
315         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
316         for (RootMove& rm : RootMoves)
317             rm.previousScore = rm.score;
318
319         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
320         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
321         {
322             // Reset aspiration window starting size
323             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
324             {
325                 delta = Value(16);
326                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
327                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
328             }
329
330             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
331             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
332             // high/low anymore.
333             while (true)
334             {
335                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
336
337                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
338                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
339                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
340                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
341                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
342                 // search the already searched PV lines are preserved.
343                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
344
345                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
346                 // entries have been overwritten during the search.
347                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
348                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
349
350                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
351                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
352                 // valid, although it refers to previous iteration.
353                 if (Signals.stop)
354                     break;
355
356                 // When failing high/low give some update (without cluttering
357                 // the UI) before a re-search.
358                 if (   multiPV == 1
359                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
360                     && now() - SearchTime > 3000)
361                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
362
363                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
364                 // re-search, otherwise exit the loop.
365                 if (bestValue <= alpha)
366                 {
367                     beta = (alpha + beta) / 2;
368                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
369
370                     Signals.failedLowAtRoot = true;
371                     Signals.stopOnPonderhit = false;
372                 }
373                 else if (bestValue >= beta)
374                 {
375                     alpha = (alpha + beta) / 2;
376                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
377                 }
378                 else
379                     break;
380
381                 delta += delta / 2;
382
383                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
384             }
385
386             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
387             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
388
389             if (Signals.stop)
390                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
391                           << " time " << now() - SearchTime << sync_endl;
392
393             else if (PVIdx + 1 == multiPV || now() - SearchTime > 3000)
394                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
395         }
396
397         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
398         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
399             skill.pick_best(multiPV);
400
401         // Have we found a "mate in x"?
402         if (   Limits.mate
403             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
404             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
405             Signals.stop = true;
406
407         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
408         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
409         {
410             // Take some extra time if the best move has changed
411             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
412                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
413
414             // Stop the search if only one legal move is available or all
415             // of the available time has been used.
416             if (   RootMoves.size() == 1
417                 || now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
418             {
419                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
420                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
421                 if (Limits.ponder)
422                     Signals.stopOnPonderhit = true;
423                 else
424                     Signals.stop = true;
425             }
426         }
427     }
428
429     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
430     if (skill.enabled())
431         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
432                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
433   }
434
435
436   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
437   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
438   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
439   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
440   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
441   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
442
443   template <NodeType NT, bool SpNode>
444   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
445
446     const bool RootNode = NT == Root;
447     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
448
449     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
450     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
451     assert(depth > DEPTH_ZERO);
452
453     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
454     StateInfo st;
455     TTEntry* tte;
456     SplitPoint* splitPoint;
457     Key posKey;
458     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
459     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
460     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
461     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
462     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
463     int moveCount, quietCount;
464
465     // Step 1. Initialize node
466     Thread* thisThread = pos.this_thread();
467     inCheck = pos.checkers();
468
469     if (SpNode)
470     {
471         splitPoint = ss->splitPoint;
472         bestMove   = splitPoint->bestMove;
473         bestValue  = splitPoint->bestValue;
474         tte = nullptr;
475         ttHit = false;
476         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
477         ttValue = VALUE_NONE;
478
479         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
480
481         goto moves_loop;
482     }
483
484     moveCount = quietCount = 0;
485     bestValue = -VALUE_INFINITE;
486     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
487
488     // Used to send selDepth info to GUI
489     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
490         thisThread->maxPly = ss->ply;
491
492     if (!RootNode)
493     {
494         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
495         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
496             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
497
498         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
499         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
500         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
501         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
502         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
503         // mate. In this case return a fail-high score.
504         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
505         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
506         if (alpha >= beta)
507             return alpha;
508     }
509
510     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
511
512     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
513     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
514     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
515
516     // Step 4. Transposition table lookup
517     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
518     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
519     excludedMove = ss->excludedMove;
520     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
521     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
522     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
523     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
524
525     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
526     if (  !PvNode
527         && ttHit
528         && tte->depth() >= depth
529         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
530         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
531                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
532     {
533         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
534
535         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
536         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
537             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
538
539         return ttValue;
540     }
541
542     // Step 4a. Tablebase probe
543     if (!RootNode && TB::Cardinality)
544     {
545         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
546
547         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
548             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
549             &&  pos.rule50_count() == 0)
550         {
551             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
552
553             if (found)
554             {
555                 TB::Hits++;
556
557                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
558
559                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
560                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
561                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
562
563                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
564                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
565                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
566
567                 return value;
568             }
569         }
570     }
571
572     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
573     if (inCheck)
574     {
575         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
576         goto moves_loop;
577     }
578
579     else if (ttHit)
580     {
581         // Never assume anything on values stored in TT
582         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
583             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
584
585         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
586         if (ttValue != VALUE_NONE)
587             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
588                 eval = ttValue;
589     }
590     else
591     {
592         eval = ss->staticEval =
593         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
594
595         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
596     }
597
598     if (ss->skipEarlyPruning)
599         goto moves_loop;
600
601     if (   !pos.captured_piece_type()
602         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
603         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
604         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
605         &&  move != MOVE_NONE
606         &&  type_of(move) == NORMAL)
607     {
608         Square to = to_sq(move);
609         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
610     }
611
612     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
613     if (   !PvNode
614         &&  depth < 4 * ONE_PLY
615         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
616         &&  ttMove == MOVE_NONE
617         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
618     {
619         if (   depth <= ONE_PLY
620             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
621             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
622
623         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
624         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
625         if (v <= ralpha)
626             return v;
627     }
628
629     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
630     if (   !RootNode
631         &&  depth < 7 * ONE_PLY
632         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
633         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
634         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
635         return eval - futility_margin(depth);
636
637     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
638     if (   !PvNode
639         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
640         &&  eval >= beta
641         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
642     {
643         ss->currentMove = MOVE_NULL;
644
645         assert(eval - beta >= 0);
646
647         // Null move dynamic reduction based on depth and value
648         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
649
650         pos.do_null_move(st);
651         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
652         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
653                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
654         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
655         pos.undo_null_move();
656
657         if (nullValue >= beta)
658         {
659             // Do not return unproven mate scores
660             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
661                 nullValue = beta;
662
663             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
664                 return nullValue;
665
666             // Do verification search at high depths
667             ss->skipEarlyPruning = true;
668             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
669                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
670             ss->skipEarlyPruning = false;
671
672             if (v >= beta)
673                 return nullValue;
674         }
675     }
676
677     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
678     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
679     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
680     // prune the previous move.
681     if (   !PvNode
682         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
683         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
684     {
685         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
686         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
687
688         assert(rdepth >= ONE_PLY);
689         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
690         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
691
692         MovePicker mp(pos, ttMove, History, CounterMovesHistory, pos.captured_piece_type());
693         CheckInfo ci(pos);
694
695         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
696             if (pos.legal(move, ci.pinned))
697             {
698                 ss->currentMove = move;
699                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
700                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
701                 pos.undo_move(move);
702                 if (value >= rbeta)
703                     return value;
704             }
705     }
706
707     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
708     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
709         && !ttMove
710         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
711     {
712         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
713         ss->skipEarlyPruning = true;
714         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
715         ss->skipEarlyPruning = false;
716
717         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
718         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
719     }
720
721 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
722
723     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
724     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
725                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
726
727     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
728     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
729                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
730
731     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, countermoves, followupmoves, ss);
732     CheckInfo ci(pos);
733     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
734     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
735                || ss->staticEval == VALUE_NONE
736                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
737
738     singularExtensionNode =   !RootNode
739                            && !SpNode
740                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
741                            &&  ttMove != MOVE_NONE
742                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
743                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
744                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
745                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
746                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
747
748     // Step 11. Loop through moves
749     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
750     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
751     {
752       assert(is_ok(move));
753
754       if (move == excludedMove)
755           continue;
756
757       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
758       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
759       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
760       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
761           continue;
762
763       if (SpNode)
764       {
765           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
766           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
767               continue;
768
769           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
770           splitPoint->mutex.unlock();
771       }
772       else
773           ++moveCount;
774
775       if (RootNode)
776       {
777           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
778
779           if (thisThread == Threads.main() && now() - SearchTime > 3000)
780               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
781                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
782                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
783       }
784
785       if (PvNode)
786           (ss+1)->pv = nullptr;
787
788       extension = DEPTH_ZERO;
789       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
790
791       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
792                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
793                   : pos.gives_check(move, ci);
794
795       dangerous =   givesCheck
796                  || type_of(move) != NORMAL
797                  || pos.advanced_pawn_push(move);
798
799       // Step 12. Extend checks
800       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
801           extension = ONE_PLY;
802
803       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
804       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
805       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
806       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
807       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
808       if (    singularExtensionNode
809           &&  move == ttMove
810           && !extension
811           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
812       {
813           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
814           ss->excludedMove = move;
815           ss->skipEarlyPruning = true;
816           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
817           ss->skipEarlyPruning = false;
818           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
819
820           if (value < rBeta)
821               extension = ONE_PLY;
822       }
823
824       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
825       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
826
827       // Step 13. Pruning at shallow depth
828       if (   !RootNode
829           && !captureOrPromotion
830           && !inCheck
831           && !dangerous
832           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
833       {
834           // Move count based pruning
835           if (   depth < 16 * ONE_PLY
836               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
837           {
838               if (SpNode)
839                   splitPoint->mutex.lock();
840
841               continue;
842           }
843
844           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
845
846           // Futility pruning: parent node
847           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
848           {
849               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
850                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
851
852               if (futilityValue <= alpha)
853               {
854                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
855
856                   if (SpNode)
857                   {
858                       splitPoint->mutex.lock();
859                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
860                           splitPoint->bestValue = bestValue;
861                   }
862                   continue;
863               }
864           }
865
866           // Prune moves with negative SEE at low depths
867           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
868           {
869               if (SpNode)
870                   splitPoint->mutex.lock();
871
872               continue;
873           }
874       }
875
876       // Speculative prefetch as early as possible
877       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
878
879       // Check for legality just before making the move
880       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
881       {
882           moveCount--;
883           continue;
884       }
885
886       ss->currentMove = move;
887       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
888           quietsSearched[quietCount++] = move;
889
890       // Step 14. Make the move
891       pos.do_move(move, st, givesCheck);
892
893       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
894       // re-searched at full depth.
895       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
896           &&  moveCount > 1
897           && !captureOrPromotion
898           &&  move != ss->killers[0]
899           &&  move != ss->killers[1])
900       {
901           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
902
903           if (   (!PvNode && cutNode)
904               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
905               ss->reduction += ONE_PLY;
906
907           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
908               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
909
910           // Decrease reduction for moves that escape a capture
911           if (   ss->reduction
912               && type_of(move) == NORMAL
913               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
914               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
915               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
916
917           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
918           if (SpNode)
919               alpha = splitPoint->alpha;
920
921           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
922
923           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
924           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
925           {
926               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
927               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
928           }
929
930           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
931           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
932       }
933       else
934           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
935
936       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
937       if (doFullDepthSearch)
938       {
939           if (SpNode)
940               alpha = splitPoint->alpha;
941
942           value = newDepth <   ONE_PLY ?
943                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
944                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
945                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
946       }
947
948       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
949       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
950       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
951       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
952       {
953           (ss+1)->pv = pv;
954           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
955
956           value = newDepth <   ONE_PLY ?
957                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
959                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
960       }
961
962       // Step 17. Undo move
963       pos.undo_move(move);
964
965       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
966
967       // Step 18. Check for new best move
968       if (SpNode)
969       {
970           splitPoint->mutex.lock();
971           bestValue = splitPoint->bestValue;
972           alpha = splitPoint->alpha;
973       }
974
975       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
976       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
977       // updating best move, PV and TT.
978       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
979           return VALUE_ZERO;
980
981       if (RootNode)
982       {
983           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
984
985           // PV move or new best move ?
986           if (moveCount == 1 || value > alpha)
987           {
988               rm.score = value;
989               rm.pv.resize(1);
990
991               assert((ss+1)->pv);
992
993               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
994                   rm.pv.push_back(*m);
995
996               // We record how often the best move has been changed in each
997               // iteration. This information is used for time management: When
998               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
999               if (moveCount > 1)
1000                   ++BestMoveChanges;
1001           }
1002           else
1003               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1004               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1005               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1006               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1007       }
1008
1009       if (value > bestValue)
1010       {
1011           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1012
1013           if (value > alpha)
1014           {
1015               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1016
1017               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1018                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1019
1020               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1021                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1022               else
1023               {
1024                   assert(value >= beta); // Fail high
1025
1026                   if (SpNode)
1027                       splitPoint->cutoff = true;
1028
1029                   break;
1030               }
1031           }
1032       }
1033
1034       // Step 19. Check for splitting the search
1035       if (   !SpNode
1036           &&  Threads.size() >= 2
1037           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1038           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1039                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1040                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1041                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1042           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1043       {
1044           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1045
1046           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1047                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1048
1049           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1050               return VALUE_ZERO;
1051
1052           if (bestValue >= beta)
1053               break;
1054       }
1055     }
1056
1057     if (SpNode)
1058         return bestValue;
1059
1060     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1061     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1062     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1063     /*
1064        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1065         return VALUE_DRAW;
1066     */
1067
1068     // Step 20. Check for mate and stalemate
1069     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1070     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1071     // return a fail low score.
1072     if (!moveCount)
1073         bestValue = excludedMove ? alpha
1074                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1075
1076     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1077     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1078         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1079
1080     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1081               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1082               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1083               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1084
1085     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1086
1087     return bestValue;
1088   }
1089
1090
1091   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1092   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1093   // less than ONE_PLY).
1094
1095   template <NodeType NT, bool InCheck>
1096   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1097
1098     const bool PvNode = NT == PV;
1099
1100     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1101     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1102     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1103     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1104     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1105
1106     Move pv[MAX_PLY+1];
1107     StateInfo st;
1108     TTEntry* tte;
1109     Key posKey;
1110     Move ttMove, move, bestMove;
1111     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1112     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1113     Depth ttDepth;
1114
1115     if (PvNode)
1116     {
1117         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1118         (ss+1)->pv = pv;
1119         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1120     }
1121
1122     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1123     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1124
1125     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1126     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1127         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1128
1129     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1130
1131     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1132     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1133     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1134     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1135                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1136
1137     // Transposition table lookup
1138     posKey = pos.key();
1139     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1140     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1141     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1142
1143     if (  !PvNode
1144         && ttHit
1145         && tte->depth() >= ttDepth
1146         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1147         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1148                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1149     {
1150         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1151         return ttValue;
1152     }
1153
1154     // Evaluate the position statically
1155     if (InCheck)
1156     {
1157         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1158         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1159     }
1160     else
1161     {
1162         if (ttHit)
1163         {
1164             // Never assume anything on values stored in TT
1165             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1166                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1167
1168             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1169             if (ttValue != VALUE_NONE)
1170                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1171                     bestValue = ttValue;
1172         }
1173         else
1174             ss->staticEval = bestValue =
1175             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1176
1177         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1178         if (bestValue >= beta)
1179         {
1180             if (!ttHit)
1181                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1182                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1183
1184             return bestValue;
1185         }
1186
1187         if (PvNode && bestValue > alpha)
1188             alpha = bestValue;
1189
1190         futilityBase = bestValue + 128;
1191     }
1192
1193     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1194     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1195     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1196     // be generated.
1197     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, CounterMovesHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1198     CheckInfo ci(pos);
1199
1200     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1201     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1202     {
1203       assert(is_ok(move));
1204
1205       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1206                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1207                   : pos.gives_check(move, ci);
1208
1209       // Futility pruning
1210       if (   !InCheck
1211           && !givesCheck
1212           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1213           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1214       {
1215           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1216
1217           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1218
1219           if (futilityValue <= alpha)
1220           {
1221               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1222               continue;
1223           }
1224
1225           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1226           {
1227               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1228               continue;
1229           }
1230       }
1231
1232       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1233       evasionPrunable =    InCheck
1234                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1235                        && !pos.capture(move)
1236                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1237
1238       // Don't search moves with negative SEE values
1239       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1240           &&  type_of(move) != PROMOTION
1241           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1242           continue;
1243
1244       // Speculative prefetch as early as possible
1245       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1246
1247       // Check for legality just before making the move
1248       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1249           continue;
1250
1251       ss->currentMove = move;
1252
1253       // Make and search the move
1254       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1255       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1256                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1257       pos.undo_move(move);
1258
1259       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1260
1261       // Check for new best move
1262       if (value > bestValue)
1263       {
1264           bestValue = value;
1265
1266           if (value > alpha)
1267           {
1268               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1269                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1270
1271               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1272               {
1273                   alpha = value;
1274                   bestMove = move;
1275               }
1276               else // Fail high
1277               {
1278                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1279                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1280
1281                   return value;
1282               }
1283           }
1284        }
1285     }
1286
1287     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1288     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1289     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1290         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1291
1292     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1293               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1294               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1295
1296     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1297
1298     return bestValue;
1299   }
1300
1301
1302   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1303   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1304   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1305
1306   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1307
1308     assert(v != VALUE_NONE);
1309
1310     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1311           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1312   }
1313
1314
1315   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1316   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1317   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1318
1319   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1320
1321     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1322           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1323           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1324   }
1325
1326
1327   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1328
1329   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1330
1331     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1332         *pv++ = *childPv++;
1333     *pv = MOVE_NONE;
1334   }
1335
1336   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1337   // of a quiet move.
1338
1339   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1340
1341     if (ss->killers[0] != move)
1342     {
1343         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1344         ss->killers[0] = move;
1345     }
1346
1347     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1348     // played quiet moves.
1349     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1350     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1351
1352     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1353     {
1354         Move m = quiets[i];
1355         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1356     }
1357
1358     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1359     {
1360         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1361         Piece prevMovePiece = pos.piece_on(prevMoveSq);
1362         Countermoves.update(prevMovePiece, prevMoveSq, move);
1363
1364         HistoryStats& cmh = CounterMovesHistory[prevMovePiece][prevMoveSq];
1365         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1366         for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1367         {
1368             Move m = quiets[i];
1369             cmh.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1370         }
1371     }
1372
1373     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1374     {
1375         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1376         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1377     }
1378   }
1379
1380
1381   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1382   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1383
1384   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1385
1386     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1387     static PRNG rng(now());
1388
1389     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1390     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1391     int weakness = 120 - 2 * level;
1392     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1393
1394     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1395     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1396     // then we choose the move with the resulting highest score.
1397     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1398     {
1399         // This is our magic formula
1400         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1401                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1402
1403         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1404         {
1405             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1406             best = RootMoves[i].pv[0];
1407         }
1408     }
1409     return best;
1410   }
1411
1412 } // namespace
1413
1414
1415 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1416 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1417
1418 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1419
1420   std::stringstream ss;
1421   TimePoint elapsed = now() - SearchTime + 1;
1422   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1423   int selDepth = 0;
1424
1425   for (Thread* th : Threads)
1426       if (th->maxPly > selDepth)
1427           selDepth = th->maxPly;
1428
1429   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1430   {
1431       bool updated = (i <= PVIdx);
1432
1433       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1434           continue;
1435
1436       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1437       Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1438
1439       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1440       v = tb ? TB::Score : v;
1441
1442       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1443           ss << "\n";
1444
1445       ss << "info"
1446          << " depth "    << d / ONE_PLY
1447          << " seldepth " << selDepth
1448          << " multipv "  << i + 1
1449          << " score "    << UCI::value(v);
1450
1451       if (!tb && i == PVIdx)
1452           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1453
1454       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1455          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1456
1457       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1458           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1459
1460       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1461          << " time "     << elapsed
1462          << " pv";
1463
1464       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1465           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1466   }
1467
1468   return ss.str();
1469 }
1470
1471
1472 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1473 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1474 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1475
1476 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1477
1478   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1479   bool ttHit;
1480
1481   for (Move m : pv)
1482   {
1483       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1484
1485       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1486
1487       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1488           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1489
1490       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1491   }
1492
1493   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1494       pos.undo_move(pv[--i]);
1495 }
1496
1497
1498 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1499 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1500 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1501 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1502
1503 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1504 {
1505     StateInfo st;
1506     bool ttHit;
1507
1508     assert(pv.size() == 1);
1509
1510     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1511     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1512     pos.undo_move(pv[0]);
1513
1514     if (ttHit)
1515     {
1516         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1517         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1518            return pv.push_back(m), true;
1519     }
1520
1521     return false;
1522 }
1523
1524
1525 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1526
1527 void Thread::idle_loop() {
1528
1529   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1530   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1531   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1532
1533   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1534
1535   while (!exit)
1536   {
1537       // If this thread has been assigned work, launch a search
1538       while (searching)
1539       {
1540           mutex.lock();
1541
1542           assert(activeSplitPoint);
1543           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1544
1545           mutex.unlock();
1546
1547           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1548           Position pos(*sp->pos, this);
1549
1550           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1551           ss->splitPoint = sp;
1552
1553           sp->mutex.lock();
1554
1555           assert(activePosition == nullptr);
1556
1557           activePosition = &pos;
1558
1559           if (sp->nodeType == NonPV)
1560               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1561
1562           else if (sp->nodeType == PV)
1563               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1564
1565           else if (sp->nodeType == Root)
1566               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1567
1568           else
1569               assert(false);
1570
1571           assert(searching);
1572
1573           searching = false;
1574           activePosition = nullptr;
1575           sp->slavesMask.reset(idx);
1576           sp->allSlavesSearching = false;
1577           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1578
1579           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1580           // loop in case we are the last slave of the split point.
1581           if (this != sp->master && sp->slavesMask.none())
1582           {
1583               assert(!sp->master->searching);
1584
1585               sp->master->notify_one();
1586           }
1587
1588           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1589           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1590           // the sp master.
1591           sp->mutex.unlock();
1592
1593           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1594           // already finished.
1595           SplitPoint* bestSp = NULL;
1596           int minLevel = INT_MAX;
1597
1598           for (Thread* th : Threads)
1599           {
1600               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1601               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1602
1603               if (   sp
1604                   && sp->allSlavesSearching
1605                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1606                   && can_join(sp))
1607               {
1608                   assert(this != th);
1609                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1610                   assert(Threads.size() > 2);
1611
1612                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1613                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1614                   int level = 0;
1615                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1616                       level++;
1617
1618                   if (level < minLevel)
1619                   {
1620                       bestSp = sp;
1621                       minLevel = level;
1622                   }
1623               }
1624           }
1625
1626           if (bestSp)
1627           {
1628               sp = bestSp;
1629
1630               // Recheck the conditions under lock protection
1631               sp->mutex.lock();
1632
1633               if (   sp->allSlavesSearching
1634                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT)
1635               {
1636                   mutex.lock();
1637
1638                   if (can_join(sp))
1639                   {
1640                       sp->slavesMask.set(idx);
1641                       activeSplitPoint = sp;
1642                       searching = true;
1643                   }
1644
1645                   mutex.unlock();
1646               }
1647
1648               sp->mutex.unlock();
1649           }
1650       }
1651
1652       // Avoid races with notify_one() fired from last slave of the split point
1653       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1654
1655       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1656       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1657       {
1658           assert(!searching);
1659           break;
1660       }
1661
1662       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1663       // wasting CPU time polling for work.
1664       if (!searching && !exit)
1665           sleepCondition.wait(lk);
1666   }
1667 }
1668
1669
1670 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1671 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1672 /// available time and thus stop the search.
1673
1674 void check_time() {
1675
1676   static TimePoint lastInfoTime = now();
1677   TimePoint elapsed = now() - SearchTime;
1678
1679   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1680   {
1681       lastInfoTime = now();
1682       dbg_print();
1683   }
1684
1685   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1686   if (Limits.ponder)
1687       return;
1688
1689   if (Limits.use_time_management())
1690   {
1691       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1692                              && !Signals.failedLowAtRoot
1693                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1694
1695       if (   stillAtFirstMove
1696           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1697           Signals.stop = true;
1698   }
1699   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1700       Signals.stop = true;
1701
1702   else if (Limits.nodes)
1703   {
1704       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1705
1706       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1707       // all the currently active positions nodes.
1708       // FIXME: Racy...
1709       for (Thread* th : Threads)
1710           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1711           {
1712               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1713
1714               sp.mutex.lock();
1715
1716               nodes += sp.nodes;
1717
1718               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1719                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1720                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1721
1722               sp.mutex.unlock();
1723           }
1724
1725       if (nodes >= Limits.nodes)
1726           Signals.stop = true;
1727   }
1728 }