Retire move_to_san()
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "rkiss.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47 }
48
49 using std::string;
50 using Eval::evaluate;
51 using namespace Search;
52
53 namespace {
54
55   // Different node types, used as template parameter
56   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
57
58   // Dynamic razoring margin based on depth
59   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * d); }
60
61   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
62   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
63
64   inline Value futility_margin(Depth d) {
65     return Value(100 * d);
66   }
67
68   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
69   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
70
71   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
72
73     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
74   }
75
76   size_t PVIdx;
77   TimeManager TimeMgr;
78   double BestMoveChanges;
79   Value DrawValue[COLOR_NB];
80   HistoryStats History;
81   GainsStats Gains;
82   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
83
84   template <NodeType NT, bool SpNode>
85   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
86
87   template <NodeType NT, bool InCheck>
88   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
89
90   void id_loop(Position& pos);
91   Value value_to_tt(Value v, int ply);
92   Value value_from_tt(Value v, int ply);
93   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
94   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
95
96   struct Skill {
97     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
98                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
99                                     best(MOVE_NONE) {}
100    ~Skill() {
101       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
102           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
103                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
104     }
105
106     size_t candidates_size() const { return candidates; }
107     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
108     Move pick_move();
109
110     int level;
111     size_t candidates;
112     Move best;
113   };
114
115 } // namespace
116
117
118 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
119
120 void Search::init() {
121
122   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
123   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
124   int mc; // moveCount
125
126   // Init reductions array
127   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
128   {
129       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
130       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
131       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed * int(ONE_PLY) : 0);
132       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed * int(ONE_PLY) : 0);
133
134       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
135       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
136
137       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
138           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
139
140       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
141           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
142   }
143
144   // Init futility move count array
145   for (d = 0; d < 32; ++d)
146   {
147       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d + 0.00, 1.8));
148       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 + 0.300 * pow(d + 0.98, 1.8));
149   }
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155 template<bool Root>
156 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   StateInfo st;
159   uint64_t cnt, nodes = 0;
160   CheckInfo ci(pos);
161   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
162
163   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
164   {
165       if (Root && depth <= ONE_PLY)
166           cnt = 1;
167       else
168       {
169           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
170           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
171           nodes += cnt;
172           pos.undo_move(*it);
173       }
174       if (Root)
175           sync_cout << move_to_uci(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
176   }
177   return nodes;
178 }
179
180 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
181
182
183 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
184 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
185 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
186
187 void Search::think() {
188
189   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
190
191   int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
192   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
193   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
194
195   if (RootMoves.empty())
196   {
197       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
198       sync_cout << "info depth 0 score "
199                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
200                 << sync_endl;
201
202       goto finalize;
203   }
204
205   if (Options["Write Search Log"])
206   {
207       Log log(Options["Search Log Filename"]);
208       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
209           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
210           << " ponder: "      << Limits.ponder
211           << " time: "        << Limits.time[RootPos.side_to_move()]
212           << " increment: "   << Limits.inc[RootPos.side_to_move()]
213           << " moves to go: " << Limits.movestogo
214           << "\n" << std::endl;
215   }
216
217   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
218   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
219       Threads[i]->maxPly = 0;
220
221   Threads.timer->run = true;
222   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
223
224   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
225
226   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
227
228   if (Options["Write Search Log"])
229   {
230       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
231
232       Log log(Options["Search Log Filename"]);
233       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
234           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
235           << "\nBest move: "    << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
236           << "\nPonder move: "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
237           << std::endl;
238   }
239
240 finalize:
241
242   // When search is stopped this info is not printed
243   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
244             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
245
246   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
247   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
248   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
249   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
250   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
251   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
252   {
253       Signals.stopOnPonderhit = true;
254       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
255   }
256
257   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
258   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
259             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
260             << sync_endl;
261 }
262
263
264 namespace {
265
266   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
267   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
268   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
269
270   void id_loop(Position& pos) {
271
272     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
273     int depth;
274     Value bestValue, alpha, beta, delta;
275
276     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
277
278     depth = 0;
279     BestMoveChanges = 0;
280     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
281     beta = VALUE_INFINITE;
282
283     TT.new_search();
284     History.clear();
285     Gains.clear();
286     Countermoves.clear();
287     Followupmoves.clear();
288
289     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
290     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
291
292     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
293     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
294     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
295
296     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
297     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
298     {
299         // Age out PV variability metric
300         BestMoveChanges *= 0.5;
301
302         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
303         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
304         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
305             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
306
307         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
308         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
309         {
310             // Reset aspiration window starting size
311             if (depth >= 5)
312             {
313                 delta = Value(16);
314                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
315                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
316             }
317
318             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
319             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
320             // high/low anymore.
321             while (true)
322             {
323                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
324
325                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
326                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
327                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
328                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
329                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
330                 // search the already searched PV lines are preserved.
331                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
332
333                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
334                 // entries have been overwritten during the search.
335                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
336                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
337
338                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
339                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
340                 // valid, although it refers to previous iteration.
341                 if (Signals.stop)
342                     break;
343
344                 // When failing high/low give some update (without cluttering
345                 // the UI) before a re-search.
346                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
347                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
348                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
349
350                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
351                 // re-search, otherwise exit the loop.
352                 if (bestValue <= alpha)
353                 {
354                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
355
356                     Signals.failedLowAtRoot = true;
357                     Signals.stopOnPonderhit = false;
358                 }
359                 else if (bestValue >= beta)
360                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
361
362                 else
363                     break;
364
365                 delta += 3 * delta / 8;
366
367                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
368             }
369
370             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
371             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
372
373             if (PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size()) || Time::now() - SearchTime > 3000)
374                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
375         }
376
377         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
378         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
379             skill.pick_move();
380
381         if (Options["Write Search Log"])
382         {
383             RootMove& rm = RootMoves[0];
384             if (skill.best != MOVE_NONE)
385                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
386
387             Log log(Options["Search Log Filename"]);
388             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
389                 << std::endl;
390         }
391
392         // Have we found a "mate in x"?
393         if (   Limits.mate
394             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
395             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
396             Signals.stop = true;
397
398         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
399         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
400         {
401             // Take some extra time if the best move has changed
402             if (depth > 4 && multiPV == 1)
403                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
404
405             // Stop the search if only one legal move is available or all
406             // of the available time has been used.
407             if (   RootMoves.size() == 1
408                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
409             {
410                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
411                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
412                 if (Limits.ponder)
413                     Signals.stopOnPonderhit = true;
414                 else
415                     Signals.stop = true;
416             }
417         }
418     }
419   }
420
421
422   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
423   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
424   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
425   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
426   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
427   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
428
429   template <NodeType NT, bool SpNode>
430   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
431
432     const bool RootNode = NT == Root;
433     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
434
435     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
436     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
437     assert(depth > DEPTH_ZERO);
438
439     Move quietsSearched[64];
440     StateInfo st;
441     const TTEntry *tte;
442     SplitPoint* splitPoint;
443     Key posKey;
444     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
445     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
446     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
447     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
448     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
449     int moveCount, quietCount;
450
451     // Step 1. Initialize node
452     Thread* thisThread = pos.this_thread();
453     inCheck = pos.checkers();
454
455     if (SpNode)
456     {
457         splitPoint = ss->splitPoint;
458         bestMove   = splitPoint->bestMove;
459         bestValue  = splitPoint->bestValue;
460         tte = NULL;
461         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
462         ttValue = VALUE_NONE;
463
464         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
465
466         goto moves_loop;
467     }
468
469     moveCount = quietCount = 0;
470     bestValue = -VALUE_INFINITE;
471     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
472     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
473     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
474     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
475
476     // Used to send selDepth info to GUI
477     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
478         thisThread->maxPly = ss->ply;
479
480     if (!RootNode)
481     {
482         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
483         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
484             return ss->ply > MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
485
486         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
487         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
488         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
489         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
490         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
491         // mate. In this case return a fail-high score.
492         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
493         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
494         if (alpha >= beta)
495             return alpha;
496     }
497
498     // Step 4. Transposition table lookup
499     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
500     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
501     excludedMove = ss->excludedMove;
502     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
503     tte = TT.probe(posKey);
504     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
505     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
506
507     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
508     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
509     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
510     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
511     if (   !RootNode
512         && tte
513         && tte->depth() >= depth
514         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
515         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
516             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
517                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
518     {
519         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
520
521         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
522         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
523             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
524
525         return ttValue;
526     }
527
528     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
529     if (inCheck)
530     {
531         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
532         goto moves_loop;
533     }
534
535     else if (tte)
536     {
537         // Never assume anything on values stored in TT
538         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
539             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
540
541         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
542         if (ttValue != VALUE_NONE)
543             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
544                 eval = ttValue;
545     }
546     else
547     {
548         eval = ss->staticEval =
549         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
550
551         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
552     }
553
554     if (   !pos.captured_piece_type()
555         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
556         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
557         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
558         &&  move != MOVE_NONE
559         &&  type_of(move) == NORMAL)
560     {
561         Square to = to_sq(move);
562         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
563     }
564
565     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
566     if (   !PvNode
567         &&  depth < 4 * ONE_PLY
568         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
569         &&  ttMove == MOVE_NONE
570         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
571     {
572         if (   depth <= ONE_PLY
573             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
574             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
575
576         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
577         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
578         if (v <= ralpha)
579             return v;
580     }
581
582     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
583     if (   !PvNode
584         && !ss->skipNullMove
585         &&  depth < 7 * ONE_PLY
586         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
587         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
588         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
589         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
590         return eval - futility_margin(depth);
591
592     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
593     if (   !PvNode
594         && !ss->skipNullMove
595         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
596         &&  eval >= beta
597         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
598     {
599         ss->currentMove = MOVE_NULL;
600
601         assert(eval - beta >= 0);
602
603         // Null move dynamic reduction based on depth and value
604         Depth R =  3 * ONE_PLY
605                  + depth / 4
606                  + (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN ? int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY
607                                                 : DEPTH_ZERO);
608
609         pos.do_null_move(st);
610         (ss+1)->skipNullMove = true;
611         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
612                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
613         (ss+1)->skipNullMove = false;
614         pos.undo_null_move();
615
616         if (nullValue >= beta)
617         {
618             // Do not return unproven mate scores
619             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
620                 nullValue = beta;
621
622             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
623                 return nullValue;
624
625             // Do verification search at high depths
626             ss->skipNullMove = true;
627             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
628                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
629             ss->skipNullMove = false;
630
631             if (v >= beta)
632                 return nullValue;
633         }
634     }
635
636     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
637     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
638     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
639     // prune the previous move.
640     if (   !PvNode
641         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
642         && !ss->skipNullMove
643         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
644     {
645         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
646         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
647
648         assert(rdepth >= ONE_PLY);
649         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
650         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
651
652         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
653         CheckInfo ci(pos);
654
655         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
656             if (pos.legal(move, ci.pinned))
657             {
658                 ss->currentMove = move;
659                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
660                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
661                 pos.undo_move(move);
662                 if (value >= rbeta)
663                     return value;
664             }
665     }
666
667     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
668     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
669         && !ttMove
670         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
671     {
672         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
673
674         ss->skipNullMove = true;
675         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
676         ss->skipNullMove = false;
677
678         tte = TT.probe(posKey);
679         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
680     }
681
682 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
683
684     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
685     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
686                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
687
688     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
689     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
690                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
691
692     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
693     CheckInfo ci(pos);
694     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
695     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
696                || ss->staticEval == VALUE_NONE
697                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
698
699     singularExtensionNode =   !RootNode
700                            && !SpNode
701                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
702                            &&  abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN
703                            &&  ttMove != MOVE_NONE
704                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
705                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
706                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
707                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
708                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
709
710     // Step 11. Loop through moves
711     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
712     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
713     {
714       assert(is_ok(move));
715
716       if (move == excludedMove)
717           continue;
718
719       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
720       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
721       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
722       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
723           continue;
724
725       if (SpNode)
726       {
727           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
728           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
729               continue;
730
731           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
732           splitPoint->mutex.unlock();
733       }
734       else
735           ++moveCount;
736
737       if (RootNode)
738       {
739           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
740
741           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
742               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
743                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
744                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
745       }
746
747       ext = DEPTH_ZERO;
748       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
749
750       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
751                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
752                   : pos.gives_check(move, ci);
753
754       dangerous =   givesCheck
755                  || type_of(move) != NORMAL
756                  || pos.advanced_pawn_push(move);
757
758       // Step 12. Extend checks
759       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
760           ext = ONE_PLY;
761
762       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
763       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
764       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
765       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
766       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
767       if (    singularExtensionNode
768           &&  move == ttMove
769           && !ext
770           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
771       {
772           Value rBeta = ttValue - int(depth);
773           ss->excludedMove = move;
774           ss->skipNullMove = true;
775           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
776           ss->skipNullMove = false;
777           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
778
779           if (value < rBeta)
780               ext = ONE_PLY;
781       }
782
783       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
784       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
785
786       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
787       if (   !PvNode
788           && !captureOrPromotion
789           && !inCheck
790           && !dangerous
791        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
792           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
793       {
794           // Move count based pruning
795           if (   depth < 16 * ONE_PLY
796               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
797           {
798               if (SpNode)
799                   splitPoint->mutex.lock();
800
801               continue;
802           }
803
804           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
805
806           // Futility pruning: parent node
807           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
808           {
809               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
810                             + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
811
812               if (futilityValue <= alpha)
813               {
814                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
815
816                   if (SpNode)
817                   {
818                       splitPoint->mutex.lock();
819                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
820                           splitPoint->bestValue = bestValue;
821                   }
822                   continue;
823               }
824           }
825
826           // Prune moves with negative SEE at low depths
827           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
828           {
829               if (SpNode)
830                   splitPoint->mutex.lock();
831
832               continue;
833           }
834       }
835
836       // Check for legality just before making the move
837       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
838       {
839           moveCount--;
840           continue;
841       }
842
843       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
844       ss->currentMove = move;
845       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
846           quietsSearched[quietCount++] = move;
847
848       // Step 14. Make the move
849       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
850
851       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
852       // re-searched at full depth.
853       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
854           && !pvMove
855           && !captureOrPromotion
856           &&  move != ttMove
857           &&  move != ss->killers[0]
858           &&  move != ss->killers[1])
859       {
860           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
861
862           if (!PvNode && cutNode)
863               ss->reduction += ONE_PLY;
864
865           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
866               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
867
868           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
869               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
870
871           // Decrease reduction for moves that escape a capture
872           if (   ss->reduction
873               && type_of(move) == NORMAL
874               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
875               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
876               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
877
878           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
879           if (SpNode)
880               alpha = splitPoint->alpha;
881
882           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
883
884           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
885           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
886           {
887               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
888               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
889           }
890
891           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
892           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
893       }
894       else
895           doFullDepthSearch = !pvMove;
896
897       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
898       if (doFullDepthSearch)
899       {
900           if (SpNode)
901               alpha = splitPoint->alpha;
902
903           value = newDepth < ONE_PLY ?
904                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
905                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
906                                      : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
907       }
908
909       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
910       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
911       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
912       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
913           value = newDepth < ONE_PLY ?
914                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
915                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
916                                      : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
917       // Step 17. Undo move
918       pos.undo_move(move);
919
920       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
921
922       // Step 18. Check for new best move
923       if (SpNode)
924       {
925           splitPoint->mutex.lock();
926           bestValue = splitPoint->bestValue;
927           alpha = splitPoint->alpha;
928       }
929
930       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
931       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
932       // updating best move, PV and TT.
933       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
934           return VALUE_ZERO;
935
936       if (RootNode)
937       {
938           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
939
940           // PV move or new best move ?
941           if (pvMove || value > alpha)
942           {
943               rm.score = value;
944               rm.extract_pv_from_tt(pos);
945
946               // We record how often the best move has been changed in each
947               // iteration. This information is used for time management: When
948               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
949               if (!pvMove)
950                   ++BestMoveChanges;
951           }
952           else
953               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
954               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
955               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
956               rm.score = -VALUE_INFINITE;
957       }
958
959       if (value > bestValue)
960       {
961           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
962
963           if (value > alpha)
964           {
965               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
966
967               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
968                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
969               else
970               {
971                   assert(value >= beta); // Fail high
972
973                   if (SpNode)
974                       splitPoint->cutoff = true;
975
976                   break;
977               }
978           }
979       }
980
981       // Step 19. Check for splitting the search
982       if (   !SpNode
983           &&  Threads.size() >= 2
984           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
985           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
986                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
987           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
988       {
989           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
990
991           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
992                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
993
994           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
995               return VALUE_ZERO;
996
997           if (bestValue >= beta)
998               break;
999       }
1000     }
1001
1002     if (SpNode)
1003         return bestValue;
1004
1005     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
1006     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
1007     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1008     /*
1009        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
1010         return VALUE_DRAW;
1011     */
1012
1013     // Step 20. Check for mate and stalemate
1014     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1015     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1016     // return a fail low score.
1017     if (!moveCount)
1018         bestValue = excludedMove ? alpha
1019                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1020
1021     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1022     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1023         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1024
1025     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1026              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1027              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1028              depth, bestMove, ss->staticEval);
1029
1030     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1031
1032     return bestValue;
1033   }
1034
1035
1036   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1037   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1038   // less than ONE_PLY).
1039
1040   template <NodeType NT, bool InCheck>
1041   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1042
1043     const bool PvNode = NT == PV;
1044
1045     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1046     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1047     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1048     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1049     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1050
1051     StateInfo st;
1052     const TTEntry* tte;
1053     Key posKey;
1054     Move ttMove, move, bestMove;
1055     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1056     bool givesCheck, evasionPrunable;
1057     Depth ttDepth;
1058
1059     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1060     if (PvNode)
1061         oldAlpha = alpha;
1062
1063     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1064     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1065
1066     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1067     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1068         return ss->ply > MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1069
1070     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1071     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1072     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1073     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1074                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1075
1076     // Transposition table lookup
1077     posKey = pos.key();
1078     tte = TT.probe(posKey);
1079     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1080     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1081
1082     if (   tte
1083         && tte->depth() >= ttDepth
1084         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1085         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1086             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1087                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1088     {
1089         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1090         return ttValue;
1091     }
1092
1093     // Evaluate the position statically
1094     if (InCheck)
1095     {
1096         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1097         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1098     }
1099     else
1100     {
1101         if (tte)
1102         {
1103             // Never assume anything on values stored in TT
1104             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1105                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1106
1107             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1108             if (ttValue != VALUE_NONE)
1109                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1110                     bestValue = ttValue;
1111         }
1112         else
1113             ss->staticEval = bestValue =
1114             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1115
1116         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1117         if (bestValue >= beta)
1118         {
1119             if (!tte)
1120                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1121                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1122
1123             return bestValue;
1124         }
1125
1126         if (PvNode && bestValue > alpha)
1127             alpha = bestValue;
1128
1129         futilityBase = bestValue + 128;
1130     }
1131
1132     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1133     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1134     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1135     // be generated.
1136     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1137     CheckInfo ci(pos);
1138
1139     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1140     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1141     {
1142       assert(is_ok(move));
1143
1144       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1145                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1146                   : pos.gives_check(move, ci);
1147
1148       // Futility pruning
1149       if (   !PvNode
1150           && !InCheck
1151           && !givesCheck
1152           &&  move != ttMove
1153           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1154           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1155       {
1156           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1157
1158           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1159
1160           if (futilityValue < beta)
1161           {
1162               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1163               continue;
1164           }
1165
1166           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1167           {
1168               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1169               continue;
1170           }
1171       }
1172
1173       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1174       evasionPrunable =    InCheck
1175                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1176                        && !pos.capture(move)
1177                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1178
1179       // Don't search moves with negative SEE values
1180       if (   !PvNode
1181           && (!InCheck || evasionPrunable)
1182           &&  move != ttMove
1183           &&  type_of(move) != PROMOTION
1184           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1185           continue;
1186
1187       // Check for legality just before making the move
1188       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1189           continue;
1190
1191       ss->currentMove = move;
1192
1193       // Make and search the move
1194       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1195       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1196                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1197       pos.undo_move(move);
1198
1199       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1200
1201       // Check for new best move
1202       if (value > bestValue)
1203       {
1204           bestValue = value;
1205
1206           if (value > alpha)
1207           {
1208               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1209               {
1210                   alpha = value;
1211                   bestMove = move;
1212               }
1213               else // Fail high
1214               {
1215                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1216                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1217
1218                   return value;
1219               }
1220           }
1221        }
1222     }
1223
1224     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1225     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1226     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1227         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1228
1229     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1230              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1231              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1232
1233     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1234
1235     return bestValue;
1236   }
1237
1238
1239   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1240   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1241   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1242
1243   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1244
1245     assert(v != VALUE_NONE);
1246
1247     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1248           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1249   }
1250
1251
1252   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1253   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1254   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1255
1256   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1257
1258     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1259           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1260           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1261   }
1262
1263
1264   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1265   // of a quiet move.
1266
1267   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1268
1269     if (ss->killers[0] != move)
1270     {
1271         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1272         ss->killers[0] = move;
1273     }
1274
1275     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1276     // played quiet moves.
1277     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1278     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1279     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1280     {
1281         Move m = quiets[i];
1282         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1283     }
1284
1285     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1286     {
1287         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1288         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1289     }
1290
1291     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1292     {
1293         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1294         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1295     }
1296   }
1297
1298
1299   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1300   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1301
1302   Move Skill::pick_move() {
1303
1304     static RKISS rk;
1305
1306     // PRNG sequence should be not deterministic
1307     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1308         rk.rand<unsigned>();
1309
1310     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1311     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1312     int weakness = 120 - 2 * level;
1313     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1314     best = MOVE_NONE;
1315
1316     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1317     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1318     // then we choose the move with the resulting highest score.
1319     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1320     {
1321         int s = RootMoves[i].score;
1322
1323         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1324         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1325             break;
1326
1327         // This is our magic formula
1328         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1329               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1330
1331         if (s > max_s)
1332         {
1333             max_s = s;
1334             best = RootMoves[i].pv[0];
1335         }
1336     }
1337     return best;
1338   }
1339
1340
1341   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1342   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1343   // search score.
1344
1345   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1346
1347     std::stringstream ss;
1348     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1349     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1350     int selDepth = 0;
1351
1352     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1353         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1354             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1355
1356     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1357     {
1358         bool updated = (i <= PVIdx);
1359
1360         if (depth == 1 && !updated)
1361             continue;
1362
1363         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1364         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1365
1366         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1367             ss << "\n";
1368
1369         ss << "info depth " << d
1370            << " seldepth "  << selDepth
1371            << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1372            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1373            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1374            << " time "      << elapsed
1375            << " multipv "   << i + 1
1376            << " pv";
1377
1378         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1379             ss << " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1380     }
1381
1382     return ss.str();
1383   }
1384
1385 } // namespace
1386
1387
1388 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1389 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1390 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1391 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1392
1393 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1394
1395   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1396   const TTEntry* tte;
1397   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1398   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1399   Value expectedScore = score;
1400
1401   pv.clear();
1402
1403   do {
1404       pv.push_back(m);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1407
1408       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1409       tte = TT.probe(pos.key());
1410       expectedScore = -expectedScore;
1411
1412   } while (   tte
1413            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1414            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1415            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1416            && ply < MAX_PLY
1417            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1418
1419   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1420
1421   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1422 }
1423
1424
1425 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1426 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1427 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1428
1429 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1430
1431   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1432   const TTEntry* tte;
1433   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1434
1435   do {
1436       tte = TT.probe(pos.key());
1437
1438       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1439           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1440
1441       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1442
1443       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1444
1445   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1446
1447   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1448 }
1449
1450
1451 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1452
1453 void Thread::idle_loop() {
1454
1455   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1456   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1457   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1458
1459   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1460
1461   while (true)
1462   {
1463       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1464       // wasting CPU time polling for work.
1465       while (!searching || exit)
1466       {
1467           if (exit)
1468           {
1469               assert(!this_sp);
1470               return;
1471           }
1472
1473           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1474           mutex.lock();
1475
1476           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1477           if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1478           {
1479               mutex.unlock();
1480               break;
1481           }
1482
1483           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1484           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1485           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1486           // we had the chance to grab the lock.
1487           if (!searching && !exit)
1488               sleepCondition.wait(mutex);
1489
1490           mutex.unlock();
1491       }
1492
1493       // If this thread has been assigned work, launch a search
1494       if (searching)
1495       {
1496           assert(!exit);
1497
1498           Threads.mutex.lock();
1499
1500           assert(searching);
1501           assert(activeSplitPoint);
1502           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1503
1504           Threads.mutex.unlock();
1505
1506           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1507           Position pos(*sp->pos, this);
1508
1509           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1510           ss->splitPoint = sp;
1511
1512           sp->mutex.lock();
1513
1514           assert(activePosition == NULL);
1515
1516           activePosition = &pos;
1517
1518           if (sp->nodeType == NonPV)
1519               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1520
1521           else if (sp->nodeType == PV)
1522               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1523
1524           else if (sp->nodeType == Root)
1525               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1526
1527           else
1528               assert(false);
1529
1530           assert(searching);
1531
1532           searching = false;
1533           activePosition = NULL;
1534           sp->slavesMask.reset(idx);
1535           sp->allSlavesSearching = false;
1536           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1537
1538           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1539           // loop in case we are the last slave of the split point.
1540           if (    this != sp->masterThread
1541               &&  sp->slavesMask.none())
1542           {
1543               assert(!sp->masterThread->searching);
1544               sp->masterThread->notify_one();
1545           }
1546
1547           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1548           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1549           // the sp master.
1550           sp->mutex.unlock();
1551
1552           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1553           // already finished.
1554           if (Threads.size() > 2)
1555               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1556               {
1557                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1558                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1559
1560                   if (   sp
1561                       && sp->allSlavesSearching
1562                       && available_to(Threads[i]))
1563                   {
1564                       // Recheck the conditions under lock protection
1565                       Threads.mutex.lock();
1566                       sp->mutex.lock();
1567
1568                       if (   sp->allSlavesSearching
1569                           && available_to(Threads[i]))
1570                       {
1571                            sp->slavesMask.set(idx);
1572                            activeSplitPoint = sp;
1573                            searching = true;
1574                       }
1575
1576                       sp->mutex.unlock();
1577                       Threads.mutex.unlock();
1578
1579                       break; // Just a single attempt
1580                   }
1581               }
1582       }
1583
1584       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1585       // their work at this split point, return from the idle loop.
1586       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1587       {
1588           this_sp->mutex.lock();
1589           bool finished = this_sp->slavesMask.none(); // Retest under lock protection
1590           this_sp->mutex.unlock();
1591           if (finished)
1592               return;
1593       }
1594   }
1595 }
1596
1597
1598 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1599 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1600 /// available time and thus stop the search.
1601
1602 void check_time() {
1603
1604   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1605   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1606
1607   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1608   {
1609       lastInfoTime = Time::now();
1610       dbg_print();
1611   }
1612
1613   if (Limits.ponder)
1614       return;
1615
1616   if (Limits.nodes)
1617   {
1618       Threads.mutex.lock();
1619
1620       nodes = RootPos.nodes_searched();
1621
1622       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1623       // all the currently active positions nodes.
1624       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1625           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1626           {
1627               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1628
1629               sp.mutex.lock();
1630
1631               nodes += sp.nodes;
1632
1633               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1634                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1635                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1636
1637               sp.mutex.unlock();
1638           }
1639
1640       Threads.mutex.unlock();
1641   }
1642
1643   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1644   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1645                          && !Signals.failedLowAtRoot
1646                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1647
1648   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1649                    || stillAtFirstMove;
1650
1651   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1652       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1653       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1654       Signals.stop = true;
1655 }