Simplify time management
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   uint64_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307     Followupmoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.5;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
401
402         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Have we found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop the search if only one legal move is available or all
433             // of the available time has been used.
434             if (   RootMoves.size() == 1
435                 || IterationTime > TimeMgr.available_time() )
436                 stop = true;
437
438             if (stop)
439             {
440                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
441                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
442                 if (Limits.ponder)
443                     Signals.stopOnPonderhit = true;
444                 else
445                     Signals.stop = true;
446             }
447         }
448     }
449   }
450
451
452   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
453   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
454   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
455   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
456   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
457   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
458
459   template <NodeType NT>
460   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
461
462     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
463     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
464     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
465
466     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
467     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
468     assert(depth > DEPTH_ZERO);
469
470     Move quietsSearched[64];
471     StateInfo st;
472     const TTEntry *tte;
473     SplitPoint* splitPoint;
474     Key posKey;
475     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
476     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
477     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
478     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
479     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
480     int moveCount, quietCount;
481
482     // Step 1. Initialize node
483     Thread* thisThread = pos.this_thread();
484     inCheck = pos.checkers();
485
486     if (SpNode)
487     {
488         splitPoint = ss->splitPoint;
489         bestMove   = splitPoint->bestMove;
490         bestValue  = splitPoint->bestValue;
491         tte = NULL;
492         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
493         ttValue = VALUE_NONE;
494
495         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
496
497         goto moves_loop;
498     }
499
500     moveCount = quietCount = 0;
501     bestValue = -VALUE_INFINITE;
502     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
503     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
504     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
505     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
506
507     // Used to send selDepth info to GUI
508     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
509         thisThread->maxPly = ss->ply;
510
511     if (!RootNode)
512     {
513         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
514         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
515             return DrawValue[pos.side_to_move()];
516
517         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
518         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
519         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
520         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
521         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
522         // mate. In this case return a fail-high score.
523         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
524         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
525         if (alpha >= beta)
526             return alpha;
527     }
528
529     // Step 4. Transposition table lookup
530     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
531     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
532     excludedMove = ss->excludedMove;
533     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
534     tte = TT.probe(posKey);
535     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
536     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
537
538     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
539     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
540     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
541     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
542     if (   !RootNode
543         && tte
544         && tte->depth() >= depth
545         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
546         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
547             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
548                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
549     {
550         TT.refresh(tte);
551         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
552
553         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
554         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
555             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
556
557         return ttValue;
558     }
559
560     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
561     if (inCheck)
562     {
563         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
564         goto moves_loop;
565     }
566
567     else if (tte)
568     {
569         // Never assume anything on values stored in TT
570         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
571             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
572
573         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
574         if (ttValue != VALUE_NONE)
575             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
576                 eval = ttValue;
577     }
578     else
579     {
580         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
581         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
582     }
583
584     if (   !pos.captured_piece_type()
585         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
586         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
587         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
588         &&  type_of(move) == NORMAL)
589     {
590         Square to = to_sq(move);
591         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
592     }
593
594     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
595     if (   !PvNode
596         &&  depth < 4 * ONE_PLY
597         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
598         &&  ttMove == MOVE_NONE
599         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
600         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
601     {
602         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
603         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
604         if (v <= ralpha)
605             return v;
606     }
607
608     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
609     if (   !PvNode
610         && !ss->skipNullMove
611         &&  depth < 7 * ONE_PLY
612         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
613         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
614         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
615         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
616         return eval - futility_margin(depth);
617
618     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
619     if (   !PvNode
620         && !ss->skipNullMove
621         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
622         &&  eval >= beta
623         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
624         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
625     {
626         ss->currentMove = MOVE_NULL;
627
628         assert(eval - beta >= 0);
629
630         // Null move dynamic reduction based on depth and value
631         Depth R =  3 * ONE_PLY
632                  + depth / 4
633                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
634
635         pos.do_null_move(st);
636         (ss+1)->skipNullMove = true;
637         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
638                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
639         (ss+1)->skipNullMove = false;
640         pos.undo_null_move();
641
642         if (nullValue >= beta)
643         {
644             // Do not return unproven mate scores
645             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
646                 nullValue = beta;
647
648             if (depth < 12 * ONE_PLY)
649                 return nullValue;
650
651             // Do verification search at high depths
652             ss->skipNullMove = true;
653             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
654                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
655             ss->skipNullMove = false;
656
657             if (v >= beta)
658                 return nullValue;
659         }
660     }
661
662     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
663     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
664     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
665     // prune the previous move.
666     if (   !PvNode
667         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
668         && !ss->skipNullMove
669         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
670     {
671         Value rbeta = beta + 200;
672         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
673
674         assert(rdepth >= ONE_PLY);
675         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
676         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
677
678         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
679         CheckInfo ci(pos);
680
681         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
682             if (pos.legal(move, ci.pinned))
683             {
684                 ss->currentMove = move;
685                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
686                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
687                 pos.undo_move(move);
688                 if (value >= rbeta)
689                     return value;
690             }
691     }
692
693     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
694     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
695         && ttMove == MOVE_NONE
696         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
697     {
698         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
699
700         ss->skipNullMove = true;
701         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
702         ss->skipNullMove = false;
703
704         tte = TT.probe(posKey);
705         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
706     }
707
708 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
709
710     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
711     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
712                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
713
714     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
715     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
716                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
717
718     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
719     CheckInfo ci(pos);
720     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
721     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
722                || ss->staticEval == VALUE_NONE
723                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
724
725     singularExtensionNode =   !RootNode
726                            && !SpNode
727                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
728                            &&  ttMove != MOVE_NONE
729                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
730                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
731                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
732
733     // Step 11. Loop through moves
734     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
735     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
736     {
737       assert(is_ok(move));
738
739       if (move == excludedMove)
740           continue;
741
742       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
743       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
744       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
745       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
746           continue;
747
748       if (SpNode)
749       {
750           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
751           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
752               continue;
753
754           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
755           splitPoint->mutex.unlock();
756       }
757       else
758           ++moveCount;
759
760       if (RootNode)
761       {
762           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
763
764           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
765               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
766                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
767                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
768       }
769
770       ext = DEPTH_ZERO;
771       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
772
773       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
774                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
775                   : pos.gives_check(move, ci);
776
777       dangerous =   givesCheck
778                  || type_of(move) != NORMAL
779                  || pos.advanced_pawn_push(move);
780
781       // Step 12. Extend checks
782       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
783           ext = ONE_PLY;
784
785       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
786       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
787       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
788       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
789       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
790       if (    singularExtensionNode
791           &&  move == ttMove
792           && !ext
793           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
794           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
795       {
796           assert(ttValue != VALUE_NONE);
797
798           Value rBeta = ttValue - int(depth);
799           ss->excludedMove = move;
800           ss->skipNullMove = true;
801           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
802           ss->skipNullMove = false;
803           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
804
805           if (value < rBeta)
806               ext = ONE_PLY;
807       }
808
809       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
810       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
811
812       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
813       if (   !PvNode
814           && !captureOrPromotion
815           && !inCheck
816           && !dangerous
817        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
818           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
819       {
820           // Move count based pruning
821           if (   depth < 16 * ONE_PLY
822               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
823           {
824               if (SpNode)
825                   splitPoint->mutex.lock();
826
827               continue;
828           }
829
830           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
831
832           // Futility pruning: parent node
833           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
834           {
835               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
836                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
837
838               if (futilityValue <= alpha)
839               {
840                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
841
842                   if (SpNode)
843                   {
844                       splitPoint->mutex.lock();
845                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
846                           splitPoint->bestValue = bestValue;
847                   }
848                   continue;
849               }
850           }
851
852           // Prune moves with negative SEE at low depths
853           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
854           {
855               if (SpNode)
856                   splitPoint->mutex.lock();
857
858               continue;
859           }
860       }
861
862       // Check for legality just before making the move
863       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
864       {
865           moveCount--;
866           continue;
867       }
868
869       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
870       ss->currentMove = move;
871       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
872           quietsSearched[quietCount++] = move;
873
874       // Step 14. Make the move
875       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
876
877       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
878       // re-searched at full depth.
879       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
880           && !pvMove
881           && !captureOrPromotion
882           &&  move != ttMove
883           &&  move != ss->killers[0]
884           &&  move != ss->killers[1])
885       {
886           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
887
888           if (!PvNode && cutNode)
889               ss->reduction += ONE_PLY;
890
891           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
892               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
893
894           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
895               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
896
897           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
898           if (SpNode)
899               alpha = splitPoint->alpha;
900
901           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
902
903           // Research at intermediate depth if reduction is very high
904           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
905           {
906               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
907               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
908           }
909
910           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
911           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
912       }
913       else
914           doFullDepthSearch = !pvMove;
915
916       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
917       if (doFullDepthSearch)
918       {
919           if (SpNode)
920               alpha = splitPoint->alpha;
921
922           value = newDepth < ONE_PLY ?
923                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
924                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
925                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
926       }
927
928       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
929       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
930       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
931       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
932           value = newDepth < ONE_PLY ?
933                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
934                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
935                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
936       // Step 17. Undo move
937       pos.undo_move(move);
938
939       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
940
941       // Step 18. Check for new best move
942       if (SpNode)
943       {
944           splitPoint->mutex.lock();
945           bestValue = splitPoint->bestValue;
946           alpha = splitPoint->alpha;
947       }
948
949       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
950       // was aborted because the user interrupted the search or because we
951       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
952       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
953       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
954           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
955
956       if (RootNode)
957       {
958           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
959
960           // PV move or new best move ?
961           if (pvMove || value > alpha)
962           {
963               rm.score = value;
964               rm.extract_pv_from_tt(pos);
965
966               // We record how often the best move has been changed in each
967               // iteration. This information is used for time management: When
968               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
969               if (!pvMove)
970                   ++BestMoveChanges;
971           }
972           else
973               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
974               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
975               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
976               rm.score = -VALUE_INFINITE;
977       }
978
979       if (value > bestValue)
980       {
981           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
982
983           if (value > alpha)
984           {
985               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
986
987               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
988                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
989               else
990               {
991                   assert(value >= beta); // Fail high
992
993                   if (SpNode)
994                       splitPoint->cutoff = true;
995
996                   break;
997               }
998           }
999       }
1000
1001       // Step 19. Check for splitting the search
1002       if (   !SpNode
1003           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1004           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1005           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1006       {
1007           assert(bestValue < beta);
1008
1009           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1010                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1011           if (bestValue >= beta)
1012               break;
1013       }
1014     }
1015
1016     if (SpNode)
1017         return bestValue;
1018
1019     // Step 20. Check for mate and stalemate
1020     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1021     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1022     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1023     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1024     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1025     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1026     if (!moveCount)
1027         return  excludedMove ? alpha
1028               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1029
1030     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1031     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1032         bestValue = alpha;
1033
1034     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1035              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1036              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1037              depth, bestMove, ss->staticEval);
1038
1039     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1040     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1041         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1042
1043     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1044
1045     return bestValue;
1046   }
1047
1048
1049   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1050   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1051   // less than ONE_PLY).
1052
1053   template <NodeType NT, bool InCheck>
1054   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1055
1056     const bool PvNode = (NT == PV);
1057
1058     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1059     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1060     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1061     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1062     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1063
1064     StateInfo st;
1065     const TTEntry* tte;
1066     Key posKey;
1067     Move ttMove, move, bestMove;
1068     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1069     bool givesCheck, evasionPrunable;
1070     Depth ttDepth;
1071
1072     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1073     if (PvNode)
1074         oldAlpha = alpha;
1075
1076     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1077     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1078
1079     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1080     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1081         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1082
1083     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1084     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1085     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1086     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1087                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1088
1089     // Transposition table lookup
1090     posKey = pos.key();
1091     tte = TT.probe(posKey);
1092     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1093     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1094
1095     if (   tte
1096         && tte->depth() >= ttDepth
1097         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1098         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1099             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1100                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1101     {
1102         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1103         return ttValue;
1104     }
1105
1106     // Evaluate the position statically
1107     if (InCheck)
1108     {
1109         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1110         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1111     }
1112     else
1113     {
1114         if (tte)
1115         {
1116             // Never assume anything on values stored in TT
1117             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1118                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1119
1120             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1121             if (ttValue != VALUE_NONE)
1122                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1123                     bestValue = ttValue;
1124         }
1125         else
1126             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1127
1128         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1129         if (bestValue >= beta)
1130         {
1131             if (!tte)
1132                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1133                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1134
1135             return bestValue;
1136         }
1137
1138         if (PvNode && bestValue > alpha)
1139             alpha = bestValue;
1140
1141         futilityBase = bestValue + Value(128);
1142     }
1143
1144     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1145     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1146     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1147     // be generated.
1148     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1149     CheckInfo ci(pos);
1150
1151     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1152     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1153     {
1154       assert(is_ok(move));
1155
1156       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1157                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1158                   : pos.gives_check(move, ci);
1159
1160       // Futility pruning
1161       if (   !PvNode
1162           && !InCheck
1163           && !givesCheck
1164           &&  move != ttMove
1165           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1166           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1167       {
1168           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1169
1170           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1171
1172           if (futilityValue < beta)
1173           {
1174               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1175               continue;
1176           }
1177
1178           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1179           {
1180               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1181               continue;
1182           }
1183       }
1184
1185       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1186       evasionPrunable =    InCheck
1187                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1188                        && !pos.capture(move)
1189                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1190
1191       // Don't search moves with negative SEE values
1192       if (   !PvNode
1193           && (!InCheck || evasionPrunable)
1194           &&  move != ttMove
1195           &&  type_of(move) != PROMOTION
1196           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1197           continue;
1198
1199       // Check for legality just before making the move
1200       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1201           continue;
1202
1203       ss->currentMove = move;
1204
1205       // Make and search the move
1206       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1207       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1208                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1209       pos.undo_move(move);
1210
1211       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1212
1213       // Check for new best move
1214       if (value > bestValue)
1215       {
1216           bestValue = value;
1217
1218           if (value > alpha)
1219           {
1220               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1221               {
1222                   alpha = value;
1223                   bestMove = move;
1224               }
1225               else // Fail high
1226               {
1227                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1228                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1229
1230                   return value;
1231               }
1232           }
1233        }
1234     }
1235
1236     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1237     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1238     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1239         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1240
1241     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1242              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1243              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1244
1245     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1246
1247     return bestValue;
1248   }
1249
1250
1251   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1252   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1253   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1254
1255   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1256
1257     assert(v != VALUE_NONE);
1258
1259     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1260           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1261   }
1262
1263
1264   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1265   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1266   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1267
1268   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1269
1270     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1271           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1272           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1273   }
1274
1275
1276   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1277   // of a quiet move.
1278
1279   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1280
1281     if (ss->killers[0] != move)
1282     {
1283         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1284         ss->killers[0] = move;
1285     }
1286
1287     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1288     // played quiet moves.
1289     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1290     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1291     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1292     {
1293         Move m = quiets[i];
1294         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1295     }
1296
1297     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1298     {
1299         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1300         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1301     }
1302
1303     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1304     {
1305         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1306         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1307     }
1308   }
1309
1310
1311   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1312   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1313
1314   Move Skill::pick_move() {
1315
1316     static RKISS rk;
1317
1318     // PRNG sequence should be not deterministic
1319     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1320         rk.rand<unsigned>();
1321
1322     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1323     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1324     int weakness = 120 - 2 * level;
1325     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1326     best = MOVE_NONE;
1327
1328     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1329     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1330     // then we choose the move with the resulting highest score.
1331     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1332     {
1333         int s = RootMoves[i].score;
1334
1335         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1336         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1337             break;
1338
1339         // This is our magic formula
1340         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1341               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1342
1343         if (s > max_s)
1344         {
1345             max_s = s;
1346             best = RootMoves[i].pv[0];
1347         }
1348     }
1349     return best;
1350   }
1351
1352
1353   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1354   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1355   // search score.
1356
1357   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1358
1359     std::stringstream s;
1360     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1361     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1362     int selDepth = 0;
1363
1364     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1365         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1366             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1367
1368     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1369     {
1370         bool updated = (i <= PVIdx);
1371
1372         if (depth == 1 && !updated)
1373             continue;
1374
1375         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1376         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1377
1378         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1379             s << "\n";
1380
1381         s << "info depth " << d
1382           << " seldepth "  << selDepth
1383           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1384           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1385           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1386           << " time "      << elapsed
1387           << " multipv "   << i + 1
1388           << " pv";
1389
1390         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1391             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1392     }
1393
1394     return s.str();
1395   }
1396
1397 } // namespace
1398
1399
1400 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1401 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1402 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1403 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1404
1405 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1406
1407   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1408   const TTEntry* tte;
1409   int ply = 0;
1410   Move m = pv[0];
1411
1412   pv.clear();
1413
1414   do {
1415       pv.push_back(m);
1416
1417       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1418
1419       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1420       tte = TT.probe(pos.key());
1421
1422   } while (   tte
1423            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1424            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1425            && ply < MAX_PLY
1426            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1427
1428   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1429
1430   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1431 }
1432
1433
1434 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1435 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1436 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1437
1438 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1439
1440   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1441   const TTEntry* tte;
1442   int ply = 0;
1443
1444   do {
1445       tte = TT.probe(pos.key());
1446
1447       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1448           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1449
1450       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1451
1452       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1453
1454   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1455
1456   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1457 }
1458
1459
1460 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1461
1462 void Thread::idle_loop() {
1463
1464   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1465   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1466   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1467
1468   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1469
1470   while (true)
1471   {
1472       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1473       // wasting CPU time polling for work.
1474       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1475       {
1476           if (exit)
1477           {
1478               assert(!this_sp);
1479               return;
1480           }
1481
1482           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1483           mutex.lock();
1484
1485           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1486           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1487           {
1488               mutex.unlock();
1489               break;
1490           }
1491
1492           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1493           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1494           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1495           // we had the chance to grab the lock.
1496           if (!searching && !exit)
1497               sleepCondition.wait(mutex);
1498
1499           mutex.unlock();
1500       }
1501
1502       // If this thread has been assigned work, launch a search
1503       if (searching)
1504       {
1505           assert(!exit);
1506
1507           Threads.mutex.lock();
1508
1509           assert(searching);
1510           assert(activeSplitPoint);
1511           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1512
1513           Threads.mutex.unlock();
1514
1515           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1516           Position pos(*sp->pos, this);
1517
1518           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1519           ss->splitPoint = sp;
1520
1521           sp->mutex.lock();
1522
1523           assert(activePosition == NULL);
1524
1525           activePosition = &pos;
1526
1527           switch (sp->nodeType) {
1528           case Root:
1529               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1530               break;
1531           case PV:
1532               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1533               break;
1534           case NonPV:
1535               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1536               break;
1537           default:
1538               assert(false);
1539           }
1540
1541           assert(searching);
1542
1543           searching = false;
1544           activePosition = NULL;
1545           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1546           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1547
1548           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1549           // loop in case we are the last slave of the split point.
1550           if (    Threads.sleepWhileIdle
1551               &&  this != sp->masterThread
1552               && !sp->slavesMask)
1553           {
1554               assert(!sp->masterThread->searching);
1555               sp->masterThread->notify_one();
1556           }
1557
1558           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1559           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1560           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1561           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1562           sp->mutex.unlock();
1563       }
1564
1565       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1566       // their work at this split point, return from the idle loop.
1567       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1568       {
1569           this_sp->mutex.lock();
1570           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1571           this_sp->mutex.unlock();
1572           if (finished)
1573               return;
1574       }
1575   }
1576 }
1577
1578
1579 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1580 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1581 /// available time and thus stop the search.
1582
1583 void check_time() {
1584
1585   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1586   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1587
1588   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1589   {
1590       lastInfoTime = Time::now();
1591       dbg_print();
1592   }
1593
1594   if (Limits.ponder)
1595       return;
1596
1597   if (Limits.nodes)
1598   {
1599       Threads.mutex.lock();
1600
1601       nodes = RootPos.nodes_searched();
1602
1603       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1604       // all the currently active positions nodes.
1605       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1606           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1607           {
1608               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1609
1610               sp.mutex.lock();
1611
1612               nodes += sp.nodes;
1613               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1614               while (sm)
1615               {
1616                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1617                   if (pos)
1618                       nodes += pos->nodes_searched();
1619               }
1620
1621               sp.mutex.unlock();
1622           }
1623
1624       Threads.mutex.unlock();
1625   }
1626
1627   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1628   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1629                          && !Signals.failedLowAtRoot
1630                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time()
1631                          &&  elapsed > IterationTime * 1.4;
1632
1633   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1634                    || stillAtFirstMove;
1635
1636   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1637       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1638       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1639       Signals.stop = true;
1640 }