Add thread_win32.h header
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   RootMoveVector RootMoves;
43   Position RootPos;
44   TimePoint SearchTime;
45   StateStackPtr SetupStates;
46 }
47
48 namespace Tablebases {
49
50   int Cardinality;
51   uint64_t Hits;
52   bool RootInTB;
53   bool UseRule50;
54   Depth ProbeDepth;
55   Value Score;
56 }
57
58 namespace TB = Tablebases;
59
60 using std::string;
61 using Eval::evaluate;
62 using namespace Search;
63
64 namespace {
65
66   // Different node types, used as template parameter
67   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
71   inline Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
75   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
79   }
80
81   // Skill struct is used to implement strength limiting
82   struct Skill {
83     Skill(int l) : level(l) {}
84     bool enabled() const { return level < 20; }
85     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
86     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
87     Move pick_best(size_t multiPV);
88
89     int level;
90     Move best = MOVE_NONE;
91   };
92
93   size_t PVIdx;
94   TimeManager TimeMgr;
95   double BestMoveChanges;
96   Value DrawValue[COLOR_NB];
97   HistoryStats History;
98   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
113 } // namespace
114
115
116 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
117
118 void Search::init() {
119
120   const double K[][2] = {{ 0.83, 2.25 }, { 0.50, 3.00 }};
121
122   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
123       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
124           for (int d = 1; d < 64; ++d)
125               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
126               {
127                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
128
129                   if (r >= 1.5)
130                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
131
132                   // Increase reduction when eval is not improving
133                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
134                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
135               }
136
137   for (int d = 0; d < 16; ++d)
138   {
139       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
140       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
141   }
142 }
143
144
145 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
146 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
147 template<bool Root>
148 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
149
150   StateInfo st;
151   uint64_t cnt, nodes = 0;
152   CheckInfo ci(pos);
153   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
154
155   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
156   {
157       if (Root && depth <= ONE_PLY)
158           cnt = 1, nodes++;
159       else
160       {
161           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
162           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
163           nodes += cnt;
164           pos.undo_move(m);
165       }
166       if (Root)
167           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
168   }
169   return nodes;
170 }
171
172 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
173
174
175 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
176 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
177 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
178
179 void Search::think() {
180
181   TimeMgr.init(Limits, RootPos.side_to_move(), RootPos.game_ply());
182
183   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
184   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
185   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
186
187   TB::Hits = 0;
188   TB::RootInTB = false;
189   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
190   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
191   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
192
193   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
194   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
195   {
196       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
197       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
198   }
199
200   if (RootMoves.empty())
201   {
202       RootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
203       sync_cout << "info depth 0 score "
204                 << UCI::value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
205                 << sync_endl;
206   }
207   else
208   {
209       if (TB::Cardinality >=  RootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
210                             + RootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
211       {
212           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
213           // contains only moves that preserve the draw or win.
214           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(RootPos, RootMoves, TB::Score);
215
216           if (TB::RootInTB)
217               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
218
219           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
220           {
221               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
222               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(RootPos, RootMoves, TB::Score);
223
224               // Only probe during search if winning
225               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
226                   TB::Cardinality = 0;
227           }
228
229           if (TB::RootInTB)
230           {
231               TB::Hits = RootMoves.size();
232
233               if (!TB::UseRule50)
234                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
235                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
236                                                       :  VALUE_DRAW;
237           }
238       }
239
240       for (Thread* th : Threads)
241           th->maxPly = 0;
242
243       Threads.timer->run = true;
244       Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246       id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248       Threads.timer->run = false;
249   }
250
251   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
252   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
253   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
254   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
255   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
256   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
257   {
258       Signals.stopOnPonderhit = true;
259       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
260   }
261
262   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960());
263
264   if (RootMoves[0].pv.size() > 1 || RootMoves[0].extract_ponder_from_tt(RootPos))
265       std::cout << " ponder " << UCI::move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960());
266
267   std::cout << sync_endl;
268 }
269
270
271 namespace {
272
273   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
274   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
275   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
276
277   void id_loop(Position& pos) {
278
279     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
280     Depth depth;
281     Value bestValue, alpha, beta, delta;
282
283     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
284
285     depth = DEPTH_ZERO;
286     BestMoveChanges = 0;
287     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
288     beta = VALUE_INFINITE;
289
290     TT.new_search();
291     History.clear();
292     Gains.clear();
293     Countermoves.clear();
294     Followupmoves.clear();
295
296     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
297     Skill skill(Options["Skill Level"]);
298
299     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
300     // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
301     if (skill.enabled())
302         multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
303
304     multiPV = std::min(multiPV, RootMoves.size());
305
306     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
307     while (++depth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
308     {
309         // Age out PV variability metric
310         BestMoveChanges *= 0.5;
311
312         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
313         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
314         for (RootMove& rm : RootMoves)
315             rm.previousScore = rm.score;
316
317         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
318         for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
319         {
320             // Reset aspiration window starting size
321             if (depth >= 5 * ONE_PLY)
322             {
323                 delta = Value(16);
324                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
325                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
326             }
327
328             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
329             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
330             // high/low anymore.
331             while (true)
332             {
333                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, false);
334
335                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
336                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
337                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
338                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
339                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
340                 // search the already searched PV lines are preserved.
341                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
342
343                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
344                 // entries have been overwritten during the search.
345                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
346                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
347
348                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
349                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
350                 // valid, although it refers to previous iteration.
351                 if (Signals.stop)
352                     break;
353
354                 // When failing high/low give some update (without cluttering
355                 // the UI) before a re-search.
356                 if (   multiPV == 1
357                     && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
358                     && now() - SearchTime > 3000)
359                     sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
360
361                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
362                 // re-search, otherwise exit the loop.
363                 if (bestValue <= alpha)
364                 {
365                     beta = (alpha + beta) / 2;
366                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
367
368                     Signals.failedLowAtRoot = true;
369                     Signals.stopOnPonderhit = false;
370                 }
371                 else if (bestValue >= beta)
372                 {
373                     alpha = (alpha + beta) / 2;
374                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
375                 }
376                 else
377                     break;
378
379                 delta += delta / 2;
380
381                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
382             }
383
384             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
385             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
386
387             if (Signals.stop)
388                 sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
389                           << " time " << now() - SearchTime << sync_endl;
390
391             else if (PVIdx + 1 == multiPV || now() - SearchTime > 3000)
392                 sync_cout << UCI::pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
393         }
394
395         // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
396         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
397             skill.pick_best(multiPV);
398
399         // Have we found a "mate in x"?
400         if (   Limits.mate
401             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
402             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
403             Signals.stop = true;
404
405         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
406         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
407         {
408             // Take some extra time if the best move has changed
409             if (depth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
410                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
411
412             // Stop the search if only one legal move is available or all
413             // of the available time has been used.
414             if (   RootMoves.size() == 1
415                 || now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
416             {
417                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
418                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
419                 if (Limits.ponder)
420                     Signals.stopOnPonderhit = true;
421                 else
422                     Signals.stop = true;
423             }
424         }
425     }
426
427     // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
428     if (skill.enabled())
429         std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
430                   RootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
431   }
432
433
434   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
435   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
436   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
437   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
438   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
439   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
440
441   template <NodeType NT, bool SpNode>
442   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
443
444     const bool RootNode = NT == Root;
445     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
446
447     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
448     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
449     assert(depth > DEPTH_ZERO);
450
451     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
452     StateInfo st;
453     TTEntry* tte;
454     SplitPoint* splitPoint;
455     Key posKey;
456     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
457     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
458     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
459     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
460     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
461     int moveCount, quietCount;
462
463     // Step 1. Initialize node
464     Thread* thisThread = pos.this_thread();
465     inCheck = pos.checkers();
466
467     if (SpNode)
468     {
469         splitPoint = ss->splitPoint;
470         bestMove   = splitPoint->bestMove;
471         bestValue  = splitPoint->bestValue;
472         tte = nullptr;
473         ttHit = false;
474         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
475         ttValue = VALUE_NONE;
476
477         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
478
479         goto moves_loop;
480     }
481
482     moveCount = quietCount = 0;
483     bestValue = -VALUE_INFINITE;
484     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
485
486     // Used to send selDepth info to GUI
487     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
488         thisThread->maxPly = ss->ply;
489
490     if (!RootNode)
491     {
492         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
493         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
494             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
495
496         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
497         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
498         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
499         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
500         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
501         // mate. In this case return a fail-high score.
502         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
503         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
504         if (alpha >= beta)
505             return alpha;
506     }
507
508     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
509
510     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
511     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
512     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
513
514     // Step 4. Transposition table lookup
515     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
516     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
517     excludedMove = ss->excludedMove;
518     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
519     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
520     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
521     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
522
523     // At non-PV nodes we check for a fail high/low. We don't probe at PV nodes
524     if (  !PvNode
525         && ttHit
526         && tte->depth() >= depth
527         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
528         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
529                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
530     {
531         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
532
533         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
534         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
535             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
536
537         return ttValue;
538     }
539
540     // Step 4a. Tablebase probe
541     if (!RootNode && TB::Cardinality)
542     {
543         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
544
545         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
546             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
547             &&  pos.rule50_count() == 0)
548         {
549             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
550
551             if (found)
552             {
553                 TB::Hits++;
554
555                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
556
557                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
558                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
559                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
560
561                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
562                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
563                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
564
565                 return value;
566             }
567         }
568     }
569
570     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
571     if (inCheck)
572     {
573         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
574         goto moves_loop;
575     }
576
577     else if (ttHit)
578     {
579         // Never assume anything on values stored in TT
580         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
581             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
582
583         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
584         if (ttValue != VALUE_NONE)
585             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
586                 eval = ttValue;
587     }
588     else
589     {
590         eval = ss->staticEval =
591         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
592
593         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
594     }
595
596     if (ss->skipEarlyPruning)
597         goto moves_loop;
598
599     if (   !pos.captured_piece_type()
600         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
601         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
602         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
603         &&  move != MOVE_NONE
604         &&  type_of(move) == NORMAL)
605     {
606         Square to = to_sq(move);
607         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
608     }
609
610     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
611     if (   !PvNode
612         &&  depth < 4 * ONE_PLY
613         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
614         &&  ttMove == MOVE_NONE
615         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
616     {
617         if (   depth <= ONE_PLY
618             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
619             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
620
621         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
622         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
623         if (v <= ralpha)
624             return v;
625     }
626
627     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
628     if (   !RootNode
629         &&  depth < 7 * ONE_PLY
630         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
631         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
632         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
633         return eval - futility_margin(depth);
634
635     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
636     if (   !PvNode
637         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
638         &&  eval >= beta
639         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
640     {
641         ss->currentMove = MOVE_NULL;
642
643         assert(eval - beta >= 0);
644
645         // Null move dynamic reduction based on depth and value
646         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
647
648         pos.do_null_move(st);
649         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
650         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
651                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
652         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
653         pos.undo_null_move();
654
655         if (nullValue >= beta)
656         {
657             // Do not return unproven mate scores
658             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
659                 nullValue = beta;
660
661             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
662                 return nullValue;
663
664             // Do verification search at high depths
665             ss->skipEarlyPruning = true;
666             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
667                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
668             ss->skipEarlyPruning = false;
669
670             if (v >= beta)
671                 return nullValue;
672         }
673     }
674
675     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
676     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
677     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
678     // prune the previous move.
679     if (   !PvNode
680         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
681         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
682     {
683         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
684         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
685
686         assert(rdepth >= ONE_PLY);
687         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
688         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
689
690         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
691         CheckInfo ci(pos);
692
693         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
694             if (pos.legal(move, ci.pinned))
695             {
696                 ss->currentMove = move;
697                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
698                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
699                 pos.undo_move(move);
700                 if (value >= rbeta)
701                     return value;
702             }
703     }
704
705     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
706     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
707         && !ttMove
708         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
709     {
710         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
711         ss->skipEarlyPruning = true;
712         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
713         ss->skipEarlyPruning = false;
714
715         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
716         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
717     }
718
719 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
720
721     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
722     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
723                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
724
725     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
726     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
727                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
728
729     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
730     CheckInfo ci(pos);
731     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
732     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
733                || ss->staticEval == VALUE_NONE
734                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
735
736     singularExtensionNode =   !RootNode
737                            && !SpNode
738                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
739                            &&  ttMove != MOVE_NONE
740                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
741                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
742                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
743                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
744                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
745
746     // Step 11. Loop through moves
747     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
748     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
749     {
750       assert(is_ok(move));
751
752       if (move == excludedMove)
753           continue;
754
755       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
756       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
757       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
758       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
759           continue;
760
761       if (SpNode)
762       {
763           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
764           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
765               continue;
766
767           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
768           splitPoint->spinlock.release();
769       }
770       else
771           ++moveCount;
772
773       if (RootNode)
774       {
775           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
776
777           if (thisThread == Threads.main() && now() - SearchTime > 3000)
778               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
779                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
780                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
781       }
782
783       if (PvNode)
784           (ss+1)->pv = nullptr;
785
786       extension = DEPTH_ZERO;
787       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
788
789       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
790                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
791                   : pos.gives_check(move, ci);
792
793       dangerous =   givesCheck
794                  || type_of(move) != NORMAL
795                  || pos.advanced_pawn_push(move);
796
797       // Step 12. Extend checks
798       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
799           extension = ONE_PLY;
800
801       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
802       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
803       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
804       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
805       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
806       if (    singularExtensionNode
807           &&  move == ttMove
808           && !extension
809           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
810       {
811           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
812           ss->excludedMove = move;
813           ss->skipEarlyPruning = true;
814           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
815           ss->skipEarlyPruning = false;
816           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
817
818           if (value < rBeta)
819               extension = ONE_PLY;
820       }
821
822       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
823       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
824
825       // Step 13. Pruning at shallow depth
826       if (   !RootNode
827           && !captureOrPromotion
828           && !inCheck
829           && !dangerous
830           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
831       {
832           // Move count based pruning
833           if (   depth < 16 * ONE_PLY
834               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
835           {
836               if (SpNode)
837                   splitPoint->spinlock.acquire();
838
839               continue;
840           }
841
842           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
843
844           // Futility pruning: parent node
845           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
846           {
847               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
848                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
849
850               if (futilityValue <= alpha)
851               {
852                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
853
854                   if (SpNode)
855                   {
856                       splitPoint->spinlock.acquire();
857                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
858                           splitPoint->bestValue = bestValue;
859                   }
860                   continue;
861               }
862           }
863
864           // Prune moves with negative SEE at low depths
865           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
866           {
867               if (SpNode)
868                   splitPoint->spinlock.acquire();
869
870               continue;
871           }
872       }
873
874       // Speculative prefetch as early as possible
875       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
876
877       // Check for legality just before making the move
878       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
879       {
880           moveCount--;
881           continue;
882       }
883
884       ss->currentMove = move;
885       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
886           quietsSearched[quietCount++] = move;
887
888       // Step 14. Make the move
889       pos.do_move(move, st, givesCheck);
890
891       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
892       // re-searched at full depth.
893       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
894           &&  moveCount > 1
895           && !captureOrPromotion
896           &&  move != ss->killers[0]
897           &&  move != ss->killers[1])
898       {
899           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
900
901           if (   (!PvNode && cutNode)
902               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
903               ss->reduction += ONE_PLY;
904
905           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
906               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
907
908           // Decrease reduction for moves that escape a capture
909           if (   ss->reduction
910               && type_of(move) == NORMAL
911               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
912               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
913               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
914
915           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
916           if (SpNode)
917               alpha = splitPoint->alpha;
918
919           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
920
921           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
922           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
923           {
924               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
925               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
926           }
927
928           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
929           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
930       }
931       else
932           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
933
934       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
935       if (doFullDepthSearch)
936       {
937           if (SpNode)
938               alpha = splitPoint->alpha;
939
940           value = newDepth <   ONE_PLY ?
941                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
942                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
943                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
944       }
945
946       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
947       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
948       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
949       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
950       {
951           (ss+1)->pv = pv;
952           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
953
954           value = newDepth <   ONE_PLY ?
955                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
956                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
957                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
958       }
959
960       // Step 17. Undo move
961       pos.undo_move(move);
962
963       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
964
965       // Step 18. Check for new best move
966       if (SpNode)
967       {
968           splitPoint->spinlock.acquire();
969           bestValue = splitPoint->bestValue;
970           alpha = splitPoint->alpha;
971       }
972
973       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
974       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
975       // updating best move, PV and TT.
976       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
977           return VALUE_ZERO;
978
979       if (RootNode)
980       {
981           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
982
983           // PV move or new best move ?
984           if (moveCount == 1 || value > alpha)
985           {
986               rm.score = value;
987               rm.pv.resize(1);
988
989               assert((ss+1)->pv);
990
991               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
992                   rm.pv.push_back(*m);
993
994               // We record how often the best move has been changed in each
995               // iteration. This information is used for time management: When
996               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
997               if (moveCount > 1)
998                   ++BestMoveChanges;
999           }
1000           else
1001               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1002               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1003               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1004               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1005       }
1006
1007       if (value > bestValue)
1008       {
1009           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1010
1011           if (value > alpha)
1012           {
1013               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1014
1015               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1016                   update_pv(SpNode ? splitPoint->ss->pv : ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1017
1018               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1019                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1020               else
1021               {
1022                   assert(value >= beta); // Fail high
1023
1024                   if (SpNode)
1025                       splitPoint->cutoff = true;
1026
1027                   break;
1028               }
1029           }
1030       }
1031
1032       // Step 19. Check for splitting the search
1033       if (   !SpNode
1034           &&  Threads.size() >= 2
1035           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1036           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
1037                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching
1038                || (   Threads.size() > MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1039                    && thisThread->activeSplitPoint->slavesMask.count() == MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT))
1040           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1041       {
1042           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
1043
1044           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1045                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1046
1047           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1048               return VALUE_ZERO;
1049
1050           if (bestValue >= beta)
1051               break;
1052       }
1053     }
1054
1055     if (SpNode)
1056         return bestValue;
1057
1058     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1059     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1060     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1061     /*
1062        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1063         return VALUE_DRAW;
1064     */
1065
1066     // Step 20. Check for mate and stalemate
1067     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1068     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1069     // return a fail low score.
1070     if (!moveCount)
1071         bestValue = excludedMove ? alpha
1072                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1073
1074     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1075     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1076         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1077
1078     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1079               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1080               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1081               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1082
1083     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1084
1085     return bestValue;
1086   }
1087
1088
1089   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1090   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1091   // less than ONE_PLY).
1092
1093   template <NodeType NT, bool InCheck>
1094   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1095
1096     const bool PvNode = NT == PV;
1097
1098     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1099     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1100     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1101     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1102     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1103
1104     Move pv[MAX_PLY+1];
1105     StateInfo st;
1106     TTEntry* tte;
1107     Key posKey;
1108     Move ttMove, move, bestMove;
1109     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1110     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1111     Depth ttDepth;
1112
1113     if (PvNode)
1114     {
1115         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1116         (ss+1)->pv = pv;
1117         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1118     }
1119
1120     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1121     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1122
1123     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1124     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1125         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1126
1127     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1128
1129     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1130     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1131     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1132     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1133                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1134
1135     // Transposition table lookup
1136     posKey = pos.key();
1137     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1138     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1139     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1140
1141     if (  !PvNode
1142         && ttHit
1143         && tte->depth() >= ttDepth
1144         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1145         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1146                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1147     {
1148         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1149         return ttValue;
1150     }
1151
1152     // Evaluate the position statically
1153     if (InCheck)
1154     {
1155         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1156         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1157     }
1158     else
1159     {
1160         if (ttHit)
1161         {
1162             // Never assume anything on values stored in TT
1163             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1164                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1165
1166             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1167             if (ttValue != VALUE_NONE)
1168                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1169                     bestValue = ttValue;
1170         }
1171         else
1172             ss->staticEval = bestValue =
1173             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1174
1175         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1176         if (bestValue >= beta)
1177         {
1178             if (!ttHit)
1179                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1180                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1181
1182             return bestValue;
1183         }
1184
1185         if (PvNode && bestValue > alpha)
1186             alpha = bestValue;
1187
1188         futilityBase = bestValue + 128;
1189     }
1190
1191     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1192     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1193     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1194     // be generated.
1195     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1196     CheckInfo ci(pos);
1197
1198     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1199     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1200     {
1201       assert(is_ok(move));
1202
1203       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1204                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1205                   : pos.gives_check(move, ci);
1206
1207       // Futility pruning
1208       if (   !InCheck
1209           && !givesCheck
1210           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1211           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1212       {
1213           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1214
1215           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1216
1217           if (futilityValue <= alpha)
1218           {
1219               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1220               continue;
1221           }
1222
1223           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1224           {
1225               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1226               continue;
1227           }
1228       }
1229
1230       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1231       evasionPrunable =    InCheck
1232                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1233                        && !pos.capture(move)
1234                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1235
1236       // Don't search moves with negative SEE values
1237       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1238           &&  type_of(move) != PROMOTION
1239           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1240           continue;
1241
1242       // Speculative prefetch as early as possible
1243       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1244
1245       // Check for legality just before making the move
1246       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1247           continue;
1248
1249       ss->currentMove = move;
1250
1251       // Make and search the move
1252       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1253       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1254                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1255       pos.undo_move(move);
1256
1257       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1258
1259       // Check for new best move
1260       if (value > bestValue)
1261       {
1262           bestValue = value;
1263
1264           if (value > alpha)
1265           {
1266               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1267                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1268
1269               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1270               {
1271                   alpha = value;
1272                   bestMove = move;
1273               }
1274               else // Fail high
1275               {
1276                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1277                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1278
1279                   return value;
1280               }
1281           }
1282        }
1283     }
1284
1285     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1286     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1287     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1288         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1289
1290     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1291               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1292               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1293
1294     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1295
1296     return bestValue;
1297   }
1298
1299
1300   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1301   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1302   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1303
1304   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1305
1306     assert(v != VALUE_NONE);
1307
1308     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1309           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1310   }
1311
1312
1313   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1314   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1315   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1316
1317   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1318
1319     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1320           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1321           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1322   }
1323
1324
1325   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1326
1327   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1328
1329     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1330         *pv++ = *childPv++;
1331     *pv = MOVE_NONE;
1332   }
1333
1334   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1335   // of a quiet move.
1336
1337   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1338
1339     if (ss->killers[0] != move)
1340     {
1341         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1342         ss->killers[0] = move;
1343     }
1344
1345     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1346     // played quiet moves.
1347     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1348     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1349
1350     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1351     {
1352         Move m = quiets[i];
1353         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1354     }
1355
1356     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1357     {
1358         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1359         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1360     }
1361
1362     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1363     {
1364         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1365         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1366     }
1367   }
1368
1369
1370   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1371   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1372
1373   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1374
1375     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1376     static PRNG rng(now());
1377
1378     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1379     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1380     int weakness = 120 - 2 * level;
1381     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1382
1383     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1384     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1385     // then we choose the move with the resulting highest score.
1386     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1387     {
1388         // This is our magic formula
1389         int push = (  weakness * int(RootMoves[0].score - RootMoves[i].score)
1390                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1391
1392         if (RootMoves[i].score + push > maxScore)
1393         {
1394             maxScore = RootMoves[i].score + push;
1395             best = RootMoves[i].pv[0];
1396         }
1397     }
1398     return best;
1399   }
1400
1401 } // namespace
1402
1403
1404 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1405 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1406
1407 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1408
1409   std::stringstream ss;
1410   TimePoint elapsed = now() - SearchTime + 1;
1411   size_t multiPV = 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 < multiPV; ++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"
1435          << " depth "    << d / ONE_PLY
1436          << " seldepth " << selDepth
1437          << " multipv "  << i + 1
1438          << " score "    << UCI::value(v);
1439
1440       if (!tb && i == PVIdx)
1441           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1442
1443       ss << " nodes "    << pos.nodes_searched()
1444          << " nps "      << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed;
1445
1446       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1447           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1448
1449       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1450          << " time "     << elapsed
1451          << " pv";
1452
1453       for (Move m : RootMoves[i].pv)
1454           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1455   }
1456
1457   return ss.str();
1458 }
1459
1460
1461 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1462 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1463 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1464
1465 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1466
1467   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1468   bool ttHit;
1469
1470   for (Move m : pv)
1471   {
1472       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1473
1474       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1475
1476       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1477           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1478
1479       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1480   }
1481
1482   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1483       pos.undo_move(pv[--i]);
1484 }
1485
1486
1487 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1488 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1489 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1490 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1491
1492 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1493 {
1494     StateInfo st;
1495     bool ttHit;
1496
1497     assert(pv.size() == 1);
1498
1499     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1500     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1501     pos.undo_move(pv[0]);
1502
1503     if (ttHit)
1504     {
1505         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1506         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1507            return pv.push_back(m), true;
1508     }
1509
1510     return false;
1511 }
1512
1513
1514 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1515
1516 void Thread::idle_loop() {
1517
1518   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1519   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1520   SplitPoint* this_sp = activeSplitPoint;
1521
1522   assert(!this_sp || (this_sp->master == this && searching));
1523
1524   while (!exit)
1525   {
1526       // If this thread has been assigned work, launch a search
1527       while (searching)
1528       {
1529           Threads.spinlock.acquire();
1530
1531           assert(activeSplitPoint);
1532
1533           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1534
1535           Threads.spinlock.release();
1536
1537           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1538           Position pos(*sp->pos, this);
1539
1540           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1541           ss->splitPoint = sp;
1542
1543           sp->spinlock.acquire();
1544
1545           assert(activePosition == nullptr);
1546
1547           activePosition = &pos;
1548
1549           if (sp->nodeType == NonPV)
1550               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1551
1552           else if (sp->nodeType == PV)
1553               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1554
1555           else if (sp->nodeType == Root)
1556               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1557
1558           else
1559               assert(false);
1560
1561           assert(searching);
1562
1563           searching = false;
1564           activePosition = nullptr;
1565           sp->slavesMask.reset(idx);
1566           sp->allSlavesSearching = false;
1567           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1568
1569           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1570           // loop in case we are the last slave of the split point.
1571           if (this != sp->master && sp->slavesMask.none())
1572           {
1573               assert(!sp->master->searching);
1574
1575               sp->master->notify_one();
1576           }
1577
1578           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1579           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1580           // the sp master.
1581           sp->spinlock.release();
1582
1583           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1584           // already finished.
1585           SplitPoint* bestSp = NULL;
1586           int minLevel = INT_MAX;
1587
1588           for (Thread* th : Threads)
1589           {
1590               const size_t size = th->splitPointsSize; // Local copy
1591               sp = size ? &th->splitPoints[size - 1] : nullptr;
1592
1593               if (   sp
1594                   && sp->allSlavesSearching
1595                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1596                   && can_join(sp))
1597               {
1598                   assert(this != th);
1599                   assert(!(this_sp && this_sp->slavesMask.none()));
1600                   assert(Threads.size() > 2);
1601
1602                   // Prefer to join to SP with few parents to reduce the probability
1603                   // that a cut-off occurs above us, and hence we waste our work.
1604                   int level = 0;
1605                   for (SplitPoint* p = th->activeSplitPoint; p; p = p->parentSplitPoint)
1606                       level++;
1607
1608                   if (level < minLevel)
1609                   {
1610                       bestSp = sp;
1611                       minLevel = level;
1612                   }
1613               }
1614           }
1615
1616           if (bestSp)
1617           {
1618               sp = bestSp;
1619
1620               // Recheck the conditions under lock protection
1621               Threads.spinlock.acquire();
1622               sp->spinlock.acquire();
1623
1624               if (   sp->allSlavesSearching
1625                   && sp->slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
1626                   && can_join(sp))
1627               {
1628                   sp->slavesMask.set(idx);
1629                   activeSplitPoint = sp;
1630                   searching = true;
1631               }
1632
1633               sp->spinlock.release();
1634               Threads.spinlock.release();
1635           }
1636       }
1637
1638       // Avoid races with notify_one() fired from last slave of the split point
1639       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1640
1641       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1642       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1643       {
1644           assert(!searching);
1645           break;
1646       }
1647
1648       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1649       // wasting CPU time polling for work.
1650       if (!searching && !exit)
1651           sleepCondition.wait(lk);
1652   }
1653 }
1654
1655
1656 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1657 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1658 /// available time and thus stop the search.
1659
1660 void check_time() {
1661
1662   static TimePoint lastInfoTime = now();
1663   TimePoint elapsed = now() - SearchTime;
1664
1665   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1666   {
1667       lastInfoTime = now();
1668       dbg_print();
1669   }
1670
1671   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1672   if (Limits.ponder)
1673       return;
1674
1675   if (Limits.use_time_management())
1676   {
1677       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1678                              && !Signals.failedLowAtRoot
1679                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1680
1681       if (   stillAtFirstMove
1682           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1683           Signals.stop = true;
1684   }
1685   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1686       Signals.stop = true;
1687
1688   else if (Limits.nodes)
1689   {
1690       Threads.spinlock.acquire();
1691
1692       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1693
1694       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1695       // all the currently active positions nodes.
1696       for (Thread* th : Threads)
1697           for (size_t i = 0; i < th->splitPointsSize; ++i)
1698           {
1699               SplitPoint& sp = th->splitPoints[i];
1700
1701               sp.spinlock.acquire();
1702
1703               nodes += sp.nodes;
1704
1705               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1706                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1707                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1708
1709               sp.spinlock.release();
1710           }
1711
1712       Threads.spinlock.release();
1713
1714       if (nodes >= Limits.nodes)
1715           Signals.stop = true;
1716   }
1717 }