Fix null reduction formula
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cfloat>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "notation.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "ucioption.h"
38
39 namespace Search {
40
41   volatile SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   std::vector<RootMove> RootMoves;
44   Position RootPos;
45   Color RootColor;
46   Time::point SearchTime, IterationTime;
47   StateStackPtr SetupStates;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // Different node types, used as template parameter
60   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
61
62   // Dynamic razoring margin based on depth
63   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
64
65   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
66   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
67
68   inline Value futility_margin(Depth d) {
69     return Value(100 * int(d));
70   }
71
72   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
73   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76
77     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
78   }
79
80   size_t PVSize, PVIdx;
81   TimeManager TimeMgr;
82   double BestMoveChanges;
83   Value DrawValue[COLOR_NB];
84   HistoryStats History;
85   GainsStats Gains;
86   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
87
88   template <NodeType NT>
89   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
90
91   template <NodeType NT, bool InCheck>
92   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
93
94   void id_loop(Position& pos);
95   Value value_to_tt(Value v, int ply);
96   Value value_from_tt(Value v, int ply);
97   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
98   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
99
100   struct Skill {
101     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
102    ~Skill() {
103       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
104           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
105                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
106     }
107
108     bool enabled() const { return level < 20; }
109     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
110     Move pick_move();
111
112     int level;
113     Move best;
114   };
115
116 } // namespace
117
118
119 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
120
121 void Search::init() {
122
123   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
124   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
125   int mc; // moveCount
126
127   // Init reductions array
128   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
129   {
130       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
131       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
132       Reductions[1][1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
133       Reductions[0][1][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
134
135       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
136       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
137
138       if (Reductions[0][0][hd][mc] > 2 * ONE_PLY)
139           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY;
140
141       else if (Reductions[0][0][hd][mc] > 1 * ONE_PLY)
142           Reductions[0][0][hd][mc] += ONE_PLY / 2;
143   }
144
145   // Init futility move count array
146   for (d = 0; d < 32; ++d)
147   {
148       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.222 * pow(d +  0.0, 1.8));
149       FutilityMoveCounts[1][d] = int(3.0 +   0.3 * pow(d + 0.98, 1.8));
150   }
151 }
152
153
154 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
155 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
156
157 static size_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159   StateInfo st;
160   size_t cnt = 0;
161   CheckInfo ci(pos);
162   const bool leaf = depth == 2 * ONE_PLY;
163
164   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
165   {
166       pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
167       cnt += leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : ::perft(pos, depth - ONE_PLY);
168       pos.undo_move(*it);
169   }
170   return cnt;
171 }
172
173 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
174   return depth > ONE_PLY ? ::perft(pos, depth) : MoveList<LEGAL>(pos).size();
175 }
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Write Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Idle Threads Sleep"];
236   Threads.timer->run = true;
237   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
238
239   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
240
241   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
242   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
243
244   if (Options["Write Search Log"])
245   {
246       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
247
248       Log log(Options["Search Log Filename"]);
249       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
250           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
251           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
252
253       StateInfo st;
254       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
255       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
256       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
257   }
258
259 finalize:
260
261   // When search is stopped this info is not printed
262   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
263             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
264
265   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
266   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
267   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
268   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
269   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
270   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
271   {
272       Signals.stopOnPonderhit = true;
273       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
274   }
275
276   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
277   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
278             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
279             << sync_endl;
280 }
281
282
283 namespace {
284
285   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
286   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
287   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
288
289   void id_loop(Position& pos) {
290
291     Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
292     int depth;
293     Value bestValue, alpha, beta, delta;
294
295     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
296     (ss-1)->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
297
298     depth = 0;
299     BestMoveChanges = 0;
300     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
301     beta = VALUE_INFINITE;
302
303     TT.new_search();
304     History.clear();
305     Gains.clear();
306     Countermoves.clear();
307     Followupmoves.clear();
308
309     PVSize = Options["MultiPV"];
310     Skill skill(Options["Skill Level"]);
311
312     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
313     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
314     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
315         PVSize = 4;
316
317     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
318
319     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
320     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
321     {
322         // Age out PV variability metric
323         BestMoveChanges *= 0.8;
324
325         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
326         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
327         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
328             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
329
330         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
331         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize && !Signals.stop; ++PVIdx)
332         {
333             // Reset aspiration window starting size
334             if (depth >= 5)
335             {
336                 delta = Value(16);
337                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
338                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
339             }
340
341             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
342             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
343             // high/low anymore.
344             while (true)
345             {
346                 bestValue = search<Root>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
347
348                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
349                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
350                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
351                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
352                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
353                 // search the already searched PV lines are preserved.
354                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
355
356                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
357                 // entries have been overwritten during the search.
358                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
359                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
360
361                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
362                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363                 // valid, although it refers to previous iteration.
364                 if (Signals.stop)
365                     break;
366
367                 // When failing high/low give some update (without cluttering
368                 // the UI) before a re-search.
369                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
370                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
371                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
372
373                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
374                 // re-search, otherwise exit the loop.
375                 if (bestValue <= alpha)
376                 {
377                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
378
379                     Signals.failedLowAtRoot = true;
380                     Signals.stopOnPonderhit = false;
381                 }
382                 else if (bestValue >= beta)
383                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
384
385                 else
386                     break;
387
388                 delta += delta / 2;
389
390                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
391             }
392
393             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
394             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
395
396             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
397                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
398         }
399
400         IterationTime = Time::now() - SearchTime;
401
402         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
403         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
404             skill.pick_move();
405
406         if (Options["Write Search Log"])
407         {
408             RootMove& rm = RootMoves[0];
409             if (skill.best != MOVE_NONE)
410                 rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), skill.best);
411
412             Log log(Options["Search Log Filename"]);
413             log << pretty_pv(pos, depth, rm.score, Time::now() - SearchTime, &rm.pv[0])
414                 << std::endl;
415         }
416
417         // Have we found a "mate in x"?
418         if (   Limits.mate
419             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
420             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
421             Signals.stop = true;
422
423         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
424         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
425         {
426             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
427
428             // Take some extra time if the best move has changed
429             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
430                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
431
432             // Stop the search if only one legal move is available or most
433             // of the available time has been used. We probably don't have
434             // enough time to search the first move at the next iteration anyway.
435             if (   RootMoves.size() == 1
436                 || IterationTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
437                 stop = true;
438
439             if (stop)
440             {
441                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
442                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
443                 if (Limits.ponder)
444                     Signals.stopOnPonderhit = true;
445                 else
446                     Signals.stop = true;
447             }
448         }
449     }
450   }
451
452
453   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
454   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
455   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
456   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
457   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
458   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
459
460   template <NodeType NT>
461   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
462
463     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
464     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
465     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
466
467     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
468     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
469     assert(depth > DEPTH_ZERO);
470
471     Move quietsSearched[64];
472     StateInfo st;
473     const TTEntry *tte;
474     SplitPoint* splitPoint;
475     Key posKey;
476     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
477     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
478     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
479     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
480     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
481     int moveCount, quietCount;
482
483     // Step 1. Initialize node
484     Thread* thisThread = pos.this_thread();
485     inCheck = pos.checkers();
486
487     if (SpNode)
488     {
489         splitPoint = ss->splitPoint;
490         bestMove   = splitPoint->bestMove;
491         bestValue  = splitPoint->bestValue;
492         tte = NULL;
493         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
494         ttValue = VALUE_NONE;
495
496         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
497
498         goto moves_loop;
499     }
500
501     moveCount = quietCount = 0;
502     bestValue = -VALUE_INFINITE;
503     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
504     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
505     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
506     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
507
508     // Used to send selDepth info to GUI
509     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
510         thisThread->maxPly = ss->ply;
511
512     if (!RootNode)
513     {
514         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
515         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
516             return DrawValue[pos.side_to_move()];
517
518         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
519         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
520         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
521         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
522         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
523         // mate. In this case return a fail-high score.
524         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
525         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
526         if (alpha >= beta)
527             return alpha;
528     }
529
530     // Step 4. Transposition table lookup
531     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
532     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
533     excludedMove = ss->excludedMove;
534     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
535     tte = TT.probe(posKey);
536     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
537     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
538
539     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
540     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
541     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
542     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
543     if (   !RootNode
544         && tte
545         && tte->depth() >= depth
546         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
547         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
548             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
549                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
550     {
551         TT.refresh(tte);
552         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
553
554         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
555         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
556             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
557
558         return ttValue;
559     }
560
561     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
562     if (inCheck)
563     {
564         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
565         goto moves_loop;
566     }
567
568     else if (tte)
569     {
570         // Never assume anything on values stored in TT
571         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
572             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
573
574         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
575         if (ttValue != VALUE_NONE)
576             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
577                 eval = ttValue;
578     }
579     else
580     {
581         eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
582         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
583     }
584
585     if (   !pos.captured_piece_type()
586         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
587         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
588         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
589         &&  type_of(move) == NORMAL)
590     {
591         Square to = to_sq(move);
592         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
593     }
594
595     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
596     if (   !PvNode
597         &&  depth < 4 * ONE_PLY
598         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
599         &&  ttMove == MOVE_NONE
600         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
601         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
602     {
603         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
604         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
605         if (v < rbeta)
606             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
607             // surprisingly this performed slightly weaker in tests.
608             return v;
609     }
610
611     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
612     if (   !PvNode
613         && !ss->skipNullMove
614         &&  depth < 7 * ONE_PLY
615         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
616         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
617         &&  abs(eval) < VALUE_KNOWN_WIN
618         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
619         return eval - futility_margin(depth);
620
621     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
622     if (   !PvNode
623         && !ss->skipNullMove
624         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
625         &&  eval >= beta
626         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
627         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
628     {
629         ss->currentMove = MOVE_NULL;
630
631         assert(eval - beta >= 0);
632
633         // Null move dynamic reduction based on depth and value
634         Depth R =  3 * ONE_PLY
635                  + depth / 4
636                  + int(eval - beta) / PawnValueMg * ONE_PLY;
637
638         pos.do_null_move(st);
639         (ss+1)->skipNullMove = true;
640         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
641                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R, !cutNode);
642         (ss+1)->skipNullMove = false;
643         pos.undo_null_move();
644
645         if (nullValue >= beta)
646         {
647             // Do not return unproven mate scores
648             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
649                 nullValue = beta;
650
651             if (depth < 12 * ONE_PLY)
652                 return nullValue;
653
654             // Do verification search at high depths
655             ss->skipNullMove = true;
656             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO)
657                                         :  search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R, false);
658             ss->skipNullMove = false;
659
660             if (v >= beta)
661                 return nullValue;
662         }
663     }
664
665     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
666     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
667     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
668     // prune the previous move.
669     if (   !PvNode
670         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
671         && !ss->skipNullMove
672         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
673     {
674         Value rbeta = beta + 200;
675         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
676
677         assert(rdepth >= ONE_PLY);
678         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
679         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
680
681         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
682         CheckInfo ci(pos);
683
684         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
685             if (pos.legal(move, ci.pinned))
686             {
687                 ss->currentMove = move;
688                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
689                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
690                 pos.undo_move(move);
691                 if (value >= rbeta)
692                     return value;
693             }
694     }
695
696     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
697     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
698         && ttMove == MOVE_NONE
699         && (PvNode || ss->staticEval + Value(256) >= beta))
700     {
701         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
702
703         ss->skipNullMove = true;
704         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
705         ss->skipNullMove = false;
706
707         tte = TT.probe(posKey);
708         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
709     }
710
711 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
712
713     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
714     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
715                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
716
717     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
718     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
719                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
720
721     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
722     CheckInfo ci(pos);
723     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
724     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
725                || ss->staticEval == VALUE_NONE
726                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
727
728     singularExtensionNode =   !RootNode
729                            && !SpNode
730                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
731                            &&  ttMove != MOVE_NONE
732                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
733                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
734                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
735
736     // Step 11. Loop through moves
737     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
738     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
739     {
740       assert(is_ok(move));
741
742       if (move == excludedMove)
743           continue;
744
745       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
746       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
747       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
748       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
749           continue;
750
751       if (SpNode)
752       {
753           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
754           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
755               continue;
756
757           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
758           splitPoint->mutex.unlock();
759       }
760       else
761           ++moveCount;
762
763       if (RootNode)
764       {
765           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
766
767           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
768               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
769                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
770                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
771       }
772
773       ext = DEPTH_ZERO;
774       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
775       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
776       dangerous =   givesCheck
777                  || type_of(move) != NORMAL
778                  || pos.advanced_pawn_push(move);
779
780       // Step 12. Extend checks
781       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
782           ext = ONE_PLY;
783
784       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
785       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
786       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
787       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
788       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
789       if (    singularExtensionNode
790           &&  move == ttMove
791           && !ext
792           &&  pos.legal(move, ci.pinned)
793           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
794       {
795           assert(ttValue != VALUE_NONE);
796
797           Value rBeta = ttValue - int(depth);
798           ss->excludedMove = move;
799           ss->skipNullMove = true;
800           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
801           ss->skipNullMove = false;
802           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
803
804           if (value < rBeta)
805               ext = ONE_PLY;
806       }
807
808       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
809       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
810
811       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
812       if (   !PvNode
813           && !captureOrPromotion
814           && !inCheck
815           && !dangerous
816        /* &&  move != ttMove Already implicit in the next condition */
817           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
818       {
819           // Move count based pruning
820           if (   depth < 16 * ONE_PLY
821               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth] )
822           {
823               if (SpNode)
824                   splitPoint->mutex.lock();
825
826               continue;
827           }
828
829           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
830
831           // Futility pruning: parent node
832           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
833           {
834               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
835                             + Value(128) + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
836
837               if (futilityValue <= alpha)
838               {
839                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
840
841                   if (SpNode)
842                   {
843                       splitPoint->mutex.lock();
844                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
845                           splitPoint->bestValue = bestValue;
846                   }
847                   continue;
848               }
849           }
850
851           // Prune moves with negative SEE at low depths
852           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < 0)
853           {
854               if (SpNode)
855                   splitPoint->mutex.lock();
856
857               continue;
858           }
859       }
860
861       // Check for legality just before making the move
862       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
863       {
864           moveCount--;
865           continue;
866       }
867
868       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
869       ss->currentMove = move;
870       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
871           quietsSearched[quietCount++] = move;
872
873       // Step 14. Make the move
874       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
875
876       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
877       // re-searched at full depth.
878       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
879           && !pvMove
880           && !captureOrPromotion
881           &&  move != ttMove
882           &&  move != ss->killers[0]
883           &&  move != ss->killers[1])
884       {
885           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
886
887           if (!PvNode && cutNode)
888               ss->reduction += ONE_PLY;
889
890           else if (History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
891               ss->reduction += ONE_PLY / 2;
892
893           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
894               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
895
896           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
897           if (SpNode)
898               alpha = splitPoint->alpha;
899
900           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
901
902           // Research at intermediate depth if reduction is very high
903           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
904           {
905               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
906               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
907           }
908
909           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
910           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
911       }
912       else
913           doFullDepthSearch = !pvMove;
914
915       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
916       if (doFullDepthSearch)
917       {
918           if (SpNode)
919               alpha = splitPoint->alpha;
920
921           value = newDepth < ONE_PLY ?
922                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
923                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
924                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
925       }
926
927       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
928       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
929       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
930       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
931           value = newDepth < ONE_PLY ?
932                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
933                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
934                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
935       // Step 17. Undo move
936       pos.undo_move(move);
937
938       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
939
940       // Step 18. Check for new best move
941       if (SpNode)
942       {
943           splitPoint->mutex.lock();
944           bestValue = splitPoint->bestValue;
945           alpha = splitPoint->alpha;
946       }
947
948       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
949       // was aborted because the user interrupted the search or because we
950       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
951       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
952       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
953           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
954
955       if (RootNode)
956       {
957           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
958
959           // PV move or new best move ?
960           if (pvMove || value > alpha)
961           {
962               rm.score = value;
963               rm.extract_pv_from_tt(pos);
964
965               // We record how often the best move has been changed in each
966               // iteration. This information is used for time management: When
967               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
968               if (!pvMove)
969                   ++BestMoveChanges;
970           }
971           else
972               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
973               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
974               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
975               rm.score = -VALUE_INFINITE;
976       }
977
978       if (value > bestValue)
979       {
980           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
981
982           if (value > alpha)
983           {
984               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
985
986               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
987                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
988               else
989               {
990                   assert(value >= beta); // Fail high
991
992                   if (SpNode)
993                       splitPoint->cutoff = true;
994
995                   break;
996               }
997           }
998       }
999
1000       // Step 19. Check for splitting the search
1001       if (   !SpNode
1002           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1003           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1004           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1005       {
1006           assert(bestValue < beta);
1007
1008           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1009                                        depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
1010           if (bestValue >= beta)
1011               break;
1012       }
1013     }
1014
1015     if (SpNode)
1016         return bestValue;
1017
1018     // Step 20. Check for mate and stalemate
1019     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1020     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1021     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1022     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1023     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1024     // A split node has at least one move - the one tried before to be splitted.
1025     if (!moveCount)
1026         return  excludedMove ? alpha
1027               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1028
1029     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1030     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1031         bestValue = alpha;
1032
1033     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1034              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
1035              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1036              depth, bestMove, ss->staticEval);
1037
1038     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
1039     if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1040         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
1041
1042     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1043
1044     return bestValue;
1045   }
1046
1047
1048   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1049   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1050   // less than ONE_PLY).
1051
1052   template <NodeType NT, bool InCheck>
1053   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1054
1055     const bool PvNode = (NT == PV);
1056
1057     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1058     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1059     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1060     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1061     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1062
1063     StateInfo st;
1064     const TTEntry* tte;
1065     Key posKey;
1066     Move ttMove, move, bestMove;
1067     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1068     bool givesCheck, evasionPrunable;
1069     Depth ttDepth;
1070
1071     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1072     if (PvNode)
1073         oldAlpha = alpha;
1074
1075     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1076     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1077
1078     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1079     if (pos.is_draw() || ss->ply > MAX_PLY)
1080         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1081
1082     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1083     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1084     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1085     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1086                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1087
1088     // Transposition table lookup
1089     posKey = pos.key();
1090     tte = TT.probe(posKey);
1091     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1092     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1093
1094     if (   tte
1095         && tte->depth() >= ttDepth
1096         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1097         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1098             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1099                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1100     {
1101         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1102         return ttValue;
1103     }
1104
1105     // Evaluate the position statically
1106     if (InCheck)
1107     {
1108         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1109         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1110     }
1111     else
1112     {
1113         if (tte)
1114         {
1115             // Never assume anything on values stored in TT
1116             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1117                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1118
1119             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1120             if (ttValue != VALUE_NONE)
1121                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1122                     bestValue = ttValue;
1123         }
1124         else
1125             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1126
1127         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1128         if (bestValue >= beta)
1129         {
1130             if (!tte)
1131                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1132                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1133
1134             return bestValue;
1135         }
1136
1137         if (PvNode && bestValue > alpha)
1138             alpha = bestValue;
1139
1140         futilityBase = bestValue + Value(128);
1141     }
1142
1143     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1144     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1145     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1146     // be generated.
1147     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1148     CheckInfo ci(pos);
1149
1150     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1151     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1152     {
1153       assert(is_ok(move));
1154
1155       givesCheck = pos.gives_check(move, ci);
1156
1157       // Futility pruning
1158       if (   !PvNode
1159           && !InCheck
1160           && !givesCheck
1161           &&  move != ttMove
1162           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1163           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1164       {
1165           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1166
1167           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1168
1169           if (futilityValue < beta)
1170           {
1171               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1172               continue;
1173           }
1174
1175           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= 0)
1176           {
1177               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1178               continue;
1179           }
1180       }
1181
1182       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1183       evasionPrunable =    InCheck
1184                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1185                        && !pos.capture(move)
1186                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1187
1188       // Don't search moves with negative SEE values
1189       if (   !PvNode
1190           && (!InCheck || evasionPrunable)
1191           &&  move != ttMove
1192           &&  type_of(move) != PROMOTION
1193           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1194           continue;
1195
1196       // Check for legality just before making the move
1197       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1198           continue;
1199
1200       ss->currentMove = move;
1201
1202       // Make and search the move
1203       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1204       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1205                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1206       pos.undo_move(move);
1207
1208       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1209
1210       // Check for new best move
1211       if (value > bestValue)
1212       {
1213           bestValue = value;
1214
1215           if (value > alpha)
1216           {
1217               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1218               {
1219                   alpha = value;
1220                   bestMove = move;
1221               }
1222               else // Fail high
1223               {
1224                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1225                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1226
1227                   return value;
1228               }
1229           }
1230        }
1231     }
1232
1233     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1234     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1235     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1236         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1237
1238     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1239              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1240              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1241
1242     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1243
1244     return bestValue;
1245   }
1246
1247
1248   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1249   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1250   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1251
1252   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1253
1254     assert(v != VALUE_NONE);
1255
1256     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1257           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1258   }
1259
1260
1261   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1262   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1263   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1264
1265   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1266
1267     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1268           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1269           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1270   }
1271
1272
1273   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1274   // of a quiet move.
1275
1276   void update_stats(Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1277
1278     if (ss->killers[0] != move)
1279     {
1280         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1281         ss->killers[0] = move;
1282     }
1283
1284     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1285     // played quiet moves.
1286     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1287     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1288     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1289     {
1290         Move m = quiets[i];
1291         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1292     }
1293
1294     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1295     {
1296         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1297         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1298     }
1299
1300     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1301     {
1302         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1303         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1304     }
1305   }
1306
1307
1308   // When playing with a strength handicap, choose best move among the MultiPV
1309   // set using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1310
1311   Move Skill::pick_move() {
1312
1313     static RKISS rk;
1314
1315     // PRNG sequence should be not deterministic
1316     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1317         rk.rand<unsigned>();
1318
1319     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1320     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1321     int weakness = 120 - 2 * level;
1322     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1323     best = MOVE_NONE;
1324
1325     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1326     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1327     // then we choose the move with the resulting highest score.
1328     for (size_t i = 0; i < PVSize; ++i)
1329     {
1330         int s = RootMoves[i].score;
1331
1332         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1333         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1334             break;
1335
1336         // This is our magic formula
1337         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1338               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1339
1340         if (s > max_s)
1341         {
1342             max_s = s;
1343             best = RootMoves[i].pv[0];
1344         }
1345     }
1346     return best;
1347   }
1348
1349
1350   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1351   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1352   // search score.
1353
1354   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1355
1356     std::stringstream s;
1357     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1358     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1359     int selDepth = 0;
1360
1361     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1362         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1363             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1364
1365     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1366     {
1367         bool updated = (i <= PVIdx);
1368
1369         if (depth == 1 && !updated)
1370             continue;
1371
1372         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1373         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1374
1375         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1376             s << "\n";
1377
1378         s << "info depth " << d
1379           << " seldepth "  << selDepth
1380           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1381           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1382           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1383           << " time "      << elapsed
1384           << " multipv "   << i + 1
1385           << " pv";
1386
1387         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1388             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1389     }
1390
1391     return s.str();
1392   }
1393
1394 } // namespace
1395
1396
1397 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1398 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1399 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1400 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1401
1402 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1403
1404   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1405   const TTEntry* tte;
1406   int ply = 0;
1407   Move m = pv[0];
1408
1409   pv.clear();
1410
1411   do {
1412       pv.push_back(m);
1413
1414       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1415
1416       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1417       tte = TT.probe(pos.key());
1418
1419   } while (   tte
1420            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1421            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1422            && ply < MAX_PLY
1423            && (!pos.is_draw() || ply < 2));
1424
1425   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1426
1427   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1428 }
1429
1430
1431 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1432 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1433 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1434
1435 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1436
1437   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_6], *st = state;
1438   const TTEntry* tte;
1439   int ply = 0;
1440
1441   do {
1442       tte = TT.probe(pos.key());
1443
1444       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1445           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE);
1446
1447       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1448
1449       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1450
1451   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1452
1453   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1454 }
1455
1456
1457 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1458
1459 void Thread::idle_loop() {
1460
1461   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1462   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1463   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1464
1465   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1466
1467   while (true)
1468   {
1469       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1470       // wasting CPU time polling for work.
1471       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1472       {
1473           if (exit)
1474           {
1475               assert(!this_sp);
1476               return;
1477           }
1478
1479           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1480           mutex.lock();
1481
1482           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1483           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1484           {
1485               mutex.unlock();
1486               break;
1487           }
1488
1489           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection. In
1490           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1491           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1492           // we had the chance to grab the lock.
1493           if (!searching && !exit)
1494               sleepCondition.wait(mutex);
1495
1496           mutex.unlock();
1497       }
1498
1499       // If this thread has been assigned work, launch a search
1500       if (searching)
1501       {
1502           assert(!exit);
1503
1504           Threads.mutex.lock();
1505
1506           assert(searching);
1507           assert(activeSplitPoint);
1508           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1509
1510           Threads.mutex.unlock();
1511
1512           Stack stack[MAX_PLY_PLUS_6], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2)
1513           Position pos(*sp->pos, this);
1514
1515           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1516           ss->splitPoint = sp;
1517
1518           sp->mutex.lock();
1519
1520           assert(activePosition == NULL);
1521
1522           activePosition = &pos;
1523
1524           switch (sp->nodeType) {
1525           case Root:
1526               search<SplitPointRoot>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1527               break;
1528           case PV:
1529               search<SplitPointPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1530               break;
1531           case NonPV:
1532               search<SplitPointNonPV>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1533               break;
1534           default:
1535               assert(false);
1536           }
1537
1538           assert(searching);
1539
1540           searching = false;
1541           activePosition = NULL;
1542           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1543           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1544
1545           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1546           // loop in case we are the last slave of the split point.
1547           if (    Threads.sleepWhileIdle
1548               &&  this != sp->masterThread
1549               && !sp->slavesMask)
1550           {
1551               assert(!sp->masterThread->searching);
1552               sp->masterThread->notify_one();
1553           }
1554
1555           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1556           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1557           // the sp master. Also accessing other Thread objects is unsafe because
1558           // if we are exiting there is a chance that they are already freed.
1559           sp->mutex.unlock();
1560       }
1561
1562       // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1563       // their work at this split point, return from the idle loop.
1564       if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1565       {
1566           this_sp->mutex.lock();
1567           bool finished = !this_sp->slavesMask; // Retest under lock protection
1568           this_sp->mutex.unlock();
1569           if (finished)
1570               return;
1571       }
1572   }
1573 }
1574
1575
1576 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1577 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1578 /// available time and thus stop the search.
1579
1580 void check_time() {
1581
1582   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1583   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1584
1585   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1586   {
1587       lastInfoTime = Time::now();
1588       dbg_print();
1589   }
1590
1591   if (Limits.ponder)
1592       return;
1593
1594   if (Limits.nodes)
1595   {
1596       Threads.mutex.lock();
1597
1598       nodes = RootPos.nodes_searched();
1599
1600       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1601       // all the currently active positions nodes.
1602       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1603           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1604           {
1605               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1606
1607               sp.mutex.lock();
1608
1609               nodes += sp.nodes;
1610               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1611               while (sm)
1612               {
1613                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1614                   if (pos)
1615                       nodes += pos->nodes_searched();
1616               }
1617
1618               sp.mutex.unlock();
1619           }
1620
1621       Threads.mutex.unlock();
1622   }
1623
1624   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1625   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1626                          && !Signals.failedLowAtRoot
1627                          && (   elapsed > TimeMgr.available_time()
1628                              || (   elapsed > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100
1629                                  && elapsed > IterationTime * 1.4));
1630
1631   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution
1632                    || stillAtFirstMove;
1633
1634   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1635       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1636       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1637       Signals.stop = true;
1638 }