Convert Reductions[] from int8_t to Depth
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Time::point SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // 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   GainsStats Gains;
99   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
100
101   template <NodeType NT, bool SpNode>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
103
104   template <NodeType NT, bool InCheck>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
106
107   void id_loop(Position& pos);
108   Value value_to_tt(Value v, int ply);
109   Value value_from_tt(Value v, int ply);
110   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
111   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
112   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta);
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 ExtMove& ms : MoveList<LEGAL>(pos))
157   {
158       if (Root && depth <= ONE_PLY)
159           cnt = 1, nodes++;
160       else
161       {
162           pos.do_move(ms.move, st, ci, pos.gives_check(ms.move, ci));
163           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
164           nodes += cnt;
165           pos.undo_move(ms.move);
166       }
167       if (Root)
168           sync_cout << UCI::move(ms.move, 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(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     Gains.clear();
294     Countermoves.clear();
295     Followupmoves.clear();
296
297     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
298     Skill skill(Options["Skill Level"]);
299
300     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
301     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
302     if (skill.enabled())
303         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
304
305     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
306
307     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
308     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
309     {
310         // Age out PV variability metric
311         BestMoveChanges *= 0.5;
312
313         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
314         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
315         for (RootMove& rm : RootMoves)
316             rm.previousScore = rm.score;
317
318         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
319         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
320         {
321             // Reset aspiration window starting size
322             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
323             {
324                 delta = Value(16);
325                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
326                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
327             }
328
329             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
330             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
331             // high/low anymore.
332             while (true)
333             {
334                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
335
336                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
337                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
338                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
339                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
340                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
341                 // search the already searched PV lines are preserved.
342                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
343
344                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
345                 // entries have been overwritten during the search.
346                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
347                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
348
349                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
350                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
351                 // valid, although it refers to previous iteration.
352                 if (Signals.stop)
353                     break;
354
355                 // When failing high/low give some update (without cluttering
356                 // the UI) before a re-search.
357                 if (   multiPV == 1
358                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
359                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
360                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
361
362                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
363                 // re-search, otherwise exit the loop.
364                 if (bestValue <= alpha)
365                 {
366                     beta = (alpha + beta) / 2;
367                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
368
369                     Signals.failedLowAtRoot = true;
370                     Signals.stopOnPonderhit = false;
371                 }
372                 else if (bestValue >= beta)
373                 {
374                     alpha = (alpha + beta) / 2;
375                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
376                 }
377                 else
378                     break;
379
380                 delta += delta / 2;
381
382                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
383             }
384
385             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
386             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
387
388             if (Signals.stop)
389                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
390                           << " time " << Time::now() - SearchTime << sync_endl;
391
392             else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time::now() - SearchTime > 3000)
393                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
394         }
395
396         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
397         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
398             skill.pick_best(multiPV);
399
400         // Have we found a "mate in x"?
401         if (   Limits.mate
402             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
403             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
404             Signals.stop = true;
405
406         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
407         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
408         {
409             // Take some extra time if the best move has changed
410             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
411                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
412
413             // Stop the search if only one legal move is available or all
414             // of the available time has been used.
415             if (   RootMoves.size() == 1
416                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
417             {
418                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
419                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
420                 if (Limits.ponder)
421                     Signals.stopOnPonderhit = true;
422                 else
423                     Signals.stop = true;
424             }
425         }
426     }
427
428     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
429     if (skill.enabled())
430         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
431                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
432   }
433
434
435   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
436   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
437   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
438   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
439   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
440   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
441
442   template <NodeType NT, bool SpNode>
443   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
444
445     const bool RootNode = NT == Root;
446     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
447
448     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
449     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
450     assert(depth > DEPTH_ZERO);
451
452     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
453     StateInfo st;
454     TTEntry* tte;
455     SplitPoint* splitPoint;
456     Key posKey;
457     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
458     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
459     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
460     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
461     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
462     int moveCount, quietCount;
463
464     // Step 1. Initialize node
465     Thread* thisThread = pos.this_thread();
466     inCheck = pos.checkers();
467
468     if (SpNode)
469     {
470         splitPoint = ss->splitPoint;
471         bestMove   = splitPoint->bestMove;
472         bestValue  = splitPoint->bestValue;
473         tte = nullptr;
474         ttHit = false;
475         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
476         ttValue = VALUE_NONE;
477
478         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
479
480         goto moves_loop;
481     }
482
483     moveCount = quietCount = 0;
484     bestValue = -VALUE_INFINITE;
485     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
486
487     // Used to send selDepth info to GUI
488     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
489         thisThread->maxPly = ss->ply;
490
491     if (!RootNode)
492     {
493         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
494         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
495             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
496
497         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
498         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
499         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
500         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
501         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
502         // mate. In this case return a fail-high score.
503         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
504         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
505         if (alpha >= beta)
506             return alpha;
507     }
508
509     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
510
511     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
512     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
513     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
514
515     // Step 4. Transposition table lookup
516     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
517     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
518     excludedMove = ss->excludedMove;
519     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
520     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
521     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
522     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
523
524     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
525     if (  !PvNode
526         && ttHit
527         && tte->depth() >= depth
528         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
529         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
530                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
531     {
532         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
533
534         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
535         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
536             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
537
538         return ttValue;
539     }
540
541     // Step 4a. Tablebase probe
542     if (!RootNode && TB::Cardinality)
543     {
544         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
545
546         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
547             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
548             &&  pos.rule50_count() == 0)
549         {
550             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
551
552             if (found)
553             {
554                 TB::Hits++;
555
556                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
557
558                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
559                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
560                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
561
562                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
563                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
564                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
565
566                 return value;
567             }
568         }
569     }
570
571     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
572     if (inCheck)
573     {
574         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
575         goto moves_loop;
576     }
577
578     else if (ttHit)
579     {
580         // Never assume anything on values stored in TT
581         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
582             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
583
584         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
585         if (ttValue != VALUE_NONE)
586             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
587                 eval = ttValue;
588     }
589     else
590     {
591         eval = ss->staticEval =
592         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
593
594         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
595     }
596
597     if (ss->skipEarlyPruning)
598         goto moves_loop;
599
600     if (   !pos.captured_piece_type()
601         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
602         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
603         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
604         &&  move != MOVE_NONE
605         &&  type_of(move) == NORMAL)
606     {
607         Square to = to_sq(move);
608         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
609     }
610
611     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
612     if (   !PvNode
613         &&  depth < 4 * ONE_PLY
614         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
615         &&  ttMove == MOVE_NONE
616         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
617     {
618         if (   depth <= ONE_PLY
619             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
620             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
621
622         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
623         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
624         if (v <= ralpha)
625             return v;
626     }
627
628     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
629     if (   !RootNode
630         &&  depth < 7 * ONE_PLY
631         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
632         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
633         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
634         return eval - futility_margin(depth);
635
636     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
637     if (   !PvNode
638         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
639         &&  eval >= beta
640         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
641     {
642         ss->currentMove = MOVE_NULL;
643
644         assert(eval - beta >= 0);
645
646         // Null move dynamic reduction based on depth and value
647         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
648
649         pos.do_null_move(st);
650         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
651         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
652                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
653         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
654         pos.undo_null_move();
655
656         if (nullValue >= beta)
657         {
658             // Do not return unproven mate scores
659             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
660                 nullValue = beta;
661
662             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
663                 return nullValue;
664
665             // Do verification search at high depths
666             ss->skipEarlyPruning = true;
667             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
668                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
669             ss->skipEarlyPruning = false;
670
671             if (v >= beta)
672                 return nullValue;
673         }
674     }
675
676     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
677     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
678     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
679     // prune the previous move.
680     if (   !PvNode
681         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
682         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
683     {
684         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
685         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
686
687         assert(rdepth >= ONE_PLY);
688         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
689         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
690
691         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
692         CheckInfo ci(pos);
693
694         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
695             if (pos.legal(move, ci.pinned))
696             {
697                 ss->currentMove = move;
698                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
699                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
700                 pos.undo_move(move);
701                 if (value >= rbeta)
702                     return value;
703             }
704     }
705
706     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
707     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
708         && !ttMove
709         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
710     {
711         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
712         ss->skipEarlyPruning = true;
713         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
714         ss->skipEarlyPruning = false;
715
716         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
717         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
718     }
719
720 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
721
722     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
723     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
724                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
725
726     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
727     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
728                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
729
730     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
731     CheckInfo ci(pos);
732     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
733     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
734                || ss->staticEval == VALUE_NONE
735                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
736
737     singularExtensionNode =   !RootNode
738                            && !SpNode
739                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
740                            &&  ttMove != MOVE_NONE
741                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
742                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
743                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
744                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
745                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
746
747     // Step 11. Loop through moves
748     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
749     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
750     {
751       assert(is_ok(move));
752
753       if (move == excludedMove)
754           continue;
755
756       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
757       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
758       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
759       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
760           continue;
761
762       if (SpNode)
763       {
764           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
765           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
766               continue;
767
768           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
769           splitPoint->mutex.unlock();
770       }
771       else
772           ++moveCount;
773
774       if (RootNode)
775       {
776           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
777
778           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
779               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
780                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
781                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
782       }
783
784       if (PvNode)
785           (ss+1)->pv = nullptr;
786
787       extension = DEPTH_ZERO;
788       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
789
790       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
791                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
792                   : pos.gives_check(move, ci);
793
794       dangerous =   givesCheck
795                  || type_of(move) != NORMAL
796                  || pos.advanced_pawn_push(move);
797
798       // Step 12. Extend checks
799       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
800           extension = ONE_PLY;
801
802       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
803       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
804       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
805       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
806       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
807       if (    singularExtensionNode
808           &&  move == ttMove
809           && !extension
810           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
811       {
812           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
813           ss->excludedMove = move;
814           ss->skipEarlyPruning = true;
815           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
816           ss->skipEarlyPruning = false;
817           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
818
819           if (value < rBeta)
820               extension = ONE_PLY;
821       }
822
823       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
824       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
825
826       // Step 13. Pruning at shallow depth
827       if (   !RootNode
828           && !captureOrPromotion
829           && !inCheck
830           && !dangerous
831           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
832       {
833           // Move count based pruning
834           if (   depth < 16 * ONE_PLY
835               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
836           {
837               if (SpNode)
838                   splitPoint->mutex.lock();
839
840               continue;
841           }
842
843           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
844
845           // Futility pruning: parent node
846           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
847           {
848               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
849                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
850
851               if (futilityValue <= alpha)
852               {
853                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
854
855                   if (SpNode)
856                   {
857                       splitPoint->mutex.lock();
858                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
859                           splitPoint->bestValue = bestValue;
860                   }
861                   continue;
862               }
863           }
864
865           // Prune moves with negative SEE at low depths
866           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
867           {
868               if (SpNode)
869                   splitPoint->mutex.lock();
870
871               continue;
872           }
873       }
874
875       // Speculative prefetch as early as possible
876       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
877
878       // Check for legality just before making the move
879       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
880       {
881           moveCount--;
882           continue;
883       }
884
885       ss->currentMove = move;
886       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
887           quietsSearched[quietCount++] = move;
888
889       // Step 14. Make the move
890       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
891
892       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
893       // re-searched at full depth.
894       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
895           &&  moveCount > 1
896           && !captureOrPromotion
897           &&  move != ss->killers[0]
898           &&  move != ss->killers[1])
899       {
900           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
901
902           if (   (!PvNode && cutNode)
903               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
904               ss->reduction += ONE_PLY;
905
906           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
907               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
908
909           // Decrease reduction for moves that escape a capture
910           if (   ss->reduction
911               && type_of(move) == NORMAL
912               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
913               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
914               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
915
916           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
917           if (SpNode)
918               alpha = splitPoint->alpha;
919
920           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
921
922           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
923           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
924           {
925               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
926               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
927           }
928
929           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
930           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
931       }
932       else
933           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
934
935       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
936       if (doFullDepthSearch)
937       {
938           if (SpNode)
939               alpha = splitPoint->alpha;
940
941           value = newDepth <   ONE_PLY ?
942                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
943                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
944                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
945       }
946
947       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
948       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
949       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
950       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
951       {
952           (ss+1)->pv = pv;
953           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
954
955           value = newDepth <   ONE_PLY ?
956                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
958                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
959       }
960
961       // Step 17. Undo move
962       pos.undo_move(move);
963
964       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
965
966       // Step 18. Check for new best move
967       if (SpNode)
968       {
969           splitPoint->mutex.lock();
970           bestValue = splitPoint->bestValue;
971           alpha = splitPoint->alpha;
972       }
973
974       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
975       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
976       // updating best move, PV and TT.
977       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
978           return VALUE_ZERO;
979
980       if (RootNode)
981       {
982           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
983
984           // PV move or new best move ?
985           if (moveCount == 1 || value > alpha)
986           {
987               rm.score = value;
988               rm.pv.resize(1);
989
990               assert((ss+1)->pv);
991
992               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
993                   rm.pv.push_back(*m);
994
995               // We record how often the best move has been changed in each
996               // iteration. This information is used for time management: When
997               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
998               if (moveCount > 1)
999                   ++BestMoveChanges;
1000           }
1001           else
1002               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1003               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1004               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1005               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1006       }
1007
1008       if (value > bestValue)
1009       {
1010           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1011
1012           if (value > alpha)
1013           {
1014               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1015
1016               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1017                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1018
1019               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1020                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1021               else
1022               {
1023                   assert(value >= beta); // Fail high
1024
1025                   if (SpNode)
1026                       splitPoint->cutoff = true;
1027
1028                   break;
1029               }
1030           }
1031       }
1032
1033       // Step 19. Check for splitting the search
1034       if (   !SpNode
1035           &&  Threads.size() >= 2
1036           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1037           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1038                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
1039           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1040       {
1041           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1042
1043           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1044                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1045
1046           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1047               return VALUE_ZERO;
1048
1049           if (bestValue >= beta)
1050               break;
1051       }
1052     }
1053
1054     if (SpNode)
1055         return bestValue;
1056
1057     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1058     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1059     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1060     /*
1061        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1062         return VALUE_DRAW;
1063     */
1064
1065     // Step 20. Check for mate and stalemate
1066     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1067     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1068     // return a fail low score.
1069     if (!moveCount)
1070         bestValue = excludedMove ? alpha
1071                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1072
1073     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1074     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1075         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1076
1077     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1078               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1079               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1080               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1081
1082     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1083
1084     return bestValue;
1085   }
1086
1087
1088   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1089   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1090   // less than ONE_PLY).
1091
1092   template <NodeType NT, bool InCheck>
1093   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1094
1095     const bool PvNode = NT == PV;
1096
1097     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1098     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1099     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1100     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1101     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1102
1103     Move pv[MAX_PLY+1];
1104     StateInfo st;
1105     TTEntry* tte;
1106     Key posKey;
1107     Move ttMove, move, bestMove;
1108     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1109     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1110     Depth ttDepth;
1111
1112     if (PvNode)
1113     {
1114         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1115         (ss+1)->pv = pv;
1116         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1117     }
1118
1119     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1120     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1121
1122     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1123     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1124         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1125
1126     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1127
1128     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1129     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1130     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1131     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1132                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1133
1134     // Transposition table lookup
1135     posKey = pos.key();
1136     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1137     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1138     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1139
1140     if (  !PvNode
1141         && ttHit
1142         && tte->depth() >= ttDepth
1143         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1144         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1145                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1146     {
1147         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1148         return ttValue;
1149     }
1150
1151     // Evaluate the position statically
1152     if (InCheck)
1153     {
1154         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1155         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1156     }
1157     else
1158     {
1159         if (ttHit)
1160         {
1161             // Never assume anything on values stored in TT
1162             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1163                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1164
1165             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1166             if (ttValue != VALUE_NONE)
1167                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1168                     bestValue = ttValue;
1169         }
1170         else
1171             ss->staticEval = bestValue =
1172             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1173
1174         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1175         if (bestValue >= beta)
1176         {
1177             if (!ttHit)
1178                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1179                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1180
1181             return bestValue;
1182         }
1183
1184         if (PvNode && bestValue > alpha)
1185             alpha = bestValue;
1186
1187         futilityBase = bestValue + 128;
1188     }
1189
1190     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1191     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1192     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1193     // be generated.
1194     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1195     CheckInfo ci(pos);
1196
1197     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1198     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1199     {
1200       assert(is_ok(move));
1201
1202       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1203                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1204                   : pos.gives_check(move, ci);
1205
1206       // Futility pruning
1207       if (   !InCheck
1208           && !givesCheck
1209           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1210           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1211       {
1212           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1213
1214           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1215
1216           if (futilityValue <= alpha)
1217           {
1218               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1219               continue;
1220           }
1221
1222           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1223           {
1224               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1225               continue;
1226           }
1227       }
1228
1229       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1230       evasionPrunable =    InCheck
1231                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1232                        && !pos.capture(move)
1233                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1234
1235       // Don't search moves with negative SEE values
1236       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1237           &&  type_of(move) != PROMOTION
1238           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1239           continue;
1240
1241       // Speculative prefetch as early as possible
1242       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1243
1244       // Check for legality just before making the move
1245       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1246           continue;
1247
1248       ss->currentMove = move;
1249
1250       // Make and search the move
1251       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1252       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1253                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1254       pos.undo_move(move);
1255
1256       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1257
1258       // Check for new best move
1259       if (value > bestValue)
1260       {
1261           bestValue = value;
1262
1263           if (value > alpha)
1264           {
1265               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1266                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1267
1268               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1269               {
1270                   alpha = value;
1271                   bestMove = move;
1272               }
1273               else // Fail high
1274               {
1275                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1276                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1277
1278                   return value;
1279               }
1280           }
1281        }
1282     }
1283
1284     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1285     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1286     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1287         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1288
1289     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1290               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1291               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1292
1293     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1294
1295     return bestValue;
1296   }
1297
1298
1299   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1300   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1301   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1302
1303   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1304
1305     assert(v != VALUE_NONE);
1306
1307     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1308           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1309   }
1310
1311
1312   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1313   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1314   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1315
1316   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1317
1318     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1319           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1320           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1321   }
1322
1323
1324   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1325
1326   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1327
1328     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1329         *pv++ = *childPv++;
1330     *pv = MOVE_NONE;
1331   }
1332
1333   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1334   // of a quiet move.
1335
1336   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1337
1338     if (ss->killers[0] != move)
1339     {
1340         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1341         ss->killers[0] = move;
1342     }
1343
1344     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1345     // played quiet moves.
1346     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1347     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1348
1349     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1350     {
1351         Move m = quiets[i];
1352         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1353     }
1354
1355     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1356     {
1357         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1358         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1359     }
1360
1361     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1362     {
1363         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1364         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1365     }
1366   }
1367
1368
1369   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1370   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1371
1372   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1373
1374     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1375     static PRNG rng(Time::now());
1376
1377     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1378     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1379     int weakness = 120 - 2 * level;
1380     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1381
1382     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1383     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1384     // then we choose the move with the resulting highest score.
1385     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1386     {
1387         int score = RootMoves[i].score;
1388
1389         // This is our magic formula
1390         score += (  weakness * int(RootMoves[0].score - score)
1391                   + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1392
1393         if (score > maxScore)
1394         {
1395             maxScore = score;
1396             best = RootMoves[i].pv[0];
1397         }
1398     }
1399     return best;
1400   }
1401
1402
1403   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1404   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1405   // search score.
1406
1407   string uci_pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1408
1409     std::stringstream ss;
1410     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1411     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1412     int selDepth = 0;
1413
1414     for (Thread* th : Threads)
1415         if (th->maxPly > selDepth)
1416             selDepth = th->maxPly;
1417
1418     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1419     {
1420         bool updated = (i <= PVIdx);
1421
1422         if (depth == ONE_PLY && !updated)
1423             continue;
1424
1425         Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1426         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].previousScore;
1427
1428         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1429         v = tb ? TB::Score : v;
1430
1431         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1432             ss << "\n";
1433
1434         ss << "info depth " << d / ONE_PLY
1435            << " seldepth "  << selDepth
1436            << " multipv "   << i + 1
1437            << " score "     << UCI::value(v);
1438
1439         if (!tb && i == PVIdx)
1440               ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1441
1442         ss << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1443            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1444            << " tbhits "    << TB::Hits
1445            << " time "      << elapsed
1446            << " pv";
1447
1448         for (size_t j = 0; j < RootMoves[i].pv.size(); ++j)
1449             ss << " " << UCI::move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1450     }
1451
1452     return ss.str();
1453   }
1454
1455 } // namespace
1456
1457
1458 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1459 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1460 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1461
1462 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1463
1464   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1465   size_t idx = 0;
1466
1467   for ( ; idx < pv.size(); ++idx)
1468   {
1469       bool ttHit;
1470       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1471
1472       if (!ttHit || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1473           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE, TT.generation());
1474
1475       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1476
1477       pos.do_move(pv[idx], *st++);
1478   }
1479
1480   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1481 }
1482
1483
1484 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1485 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1486 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1487 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1488
1489 Move RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1490 {
1491     StateInfo st;
1492     bool found;
1493
1494     assert(pv.size() == 1);
1495
1496     pos.do_move(pv[0], st);
1497     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), found);
1498     Move m = found ? tte->move() : MOVE_NONE;
1499     if (!MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1500         m = MOVE_NONE;
1501
1502     pos.undo_move(pv[0]);
1503     pv.push_back(m);
1504     return m;
1505 }
1506
1507
1508 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1509
1510 void Thread::idle_loop() {
1511
1512   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1513   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1514   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : nullptr;
1515
1516   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1517
1518   while (!exit)
1519   {
1520       // If this thread has been assigned work, launch a search
1521       while (searching)
1522       {
1523           Threads.mutex.lock();
1524
1525           assert(activeSplitPoint);
1526           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1527
1528           Threads.mutex.unlock();
1529
1530           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1531           Position pos(*sp->pos, this);
1532
1533           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1534           ss->splitPoint = sp;
1535
1536           sp->mutex.lock();
1537
1538           assert(activePosition == nullptr);
1539
1540           activePosition = &pos;
1541
1542           if (sp->nodeType == NonPV)
1543               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1544
1545           else if (sp->nodeType == PV)
1546               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1547
1548           else if (sp->nodeType == Root)
1549               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1550
1551           else
1552               assert(false);
1553
1554           assert(searching);
1555
1556           searching = false;
1557           activePosition = nullptr;
1558           sp->slavesMask.reset(idx);
1559           sp->allSlavesSearching = false;
1560           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1561
1562           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1563           // loop in case we are the last slave of the split point.
1564           if (    this != sp->masterThread
1565               &&  sp->slavesMask.none())
1566           {
1567               assert(!sp->masterThread->searching);
1568               sp->masterThread->notify_one();
1569           }
1570
1571           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1572           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1573           // the sp master.
1574           sp->mutex.unlock();
1575
1576           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1577           // already finished.
1578           if (Threads.size() > 2)
1579               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1580               {
1581                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1582                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1583
1584                   if (   sp
1585                       && sp->allSlavesSearching
1586                       && available_to(Threads[i]))
1587                   {
1588                       // Recheck the conditions under lock protection
1589                       Threads.mutex.lock();
1590                       sp->mutex.lock();
1591
1592                       if (   sp->allSlavesSearching
1593                           && available_to(Threads[i]))
1594                       {
1595                            sp->slavesMask.set(idx);
1596                            activeSplitPoint = sp;
1597                            searching = true;
1598                       }
1599
1600                       sp->mutex.unlock();
1601                       Threads.mutex.unlock();
1602
1603                       break; // Just a single attempt
1604                   }
1605               }
1606       }
1607
1608       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1609       std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
1610
1611       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1612       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1613       {
1614           assert(!searching);
1615           break;
1616       }
1617
1618       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1619       // wasting CPU time polling for work.
1620       if (!searching && !exit)
1621           sleepCondition.wait(lk);
1622   }
1623 }
1624
1625
1626 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1627 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1628 /// available time and thus stop the search.
1629
1630 void check_time() {
1631
1632   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1633   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1634
1635   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1636   {
1637       lastInfoTime = Time::now();
1638       dbg_print();
1639   }
1640
1641   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1642   if (Limits.ponder)
1643       return;
1644
1645   if (Limits.use_time_management())
1646   {
1647       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1648                              && !Signals.failedLowAtRoot
1649                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1650
1651       if (   stillAtFirstMove
1652           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1653           Signals.stop = true;
1654   }
1655   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1656       Signals.stop = true;
1657
1658   else if (Limits.nodes)
1659   {
1660       Threads.mutex.lock();
1661
1662       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1663
1664       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1665       // all the currently active positions nodes.
1666       for (Thread* th : Threads)
1667           for (int i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1668           {
1669               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1670
1671               sp.mutex.lock();
1672
1673               nodes += sp.nodes;
1674
1675               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1676                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1677                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1678
1679               sp.mutex.unlock();
1680           }
1681
1682       Threads.mutex.unlock();
1683
1684       if (nodes >= Limits.nodes)
1685           Signals.stop = true;
1686   }
1687 }