Move stop signal to Threads
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   // Threshold used for countermoves based pruning
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     int stableCnt;
138     Key expectedPosKey;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156
157 } // namespace
158
159
160 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
161
162 void Search::init() {
163
164   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
165       for (int d = 1; d < 64; ++d)
166           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
167           {
168               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
169
170               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
171               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
172
173               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
174               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
175                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
176           }
177
178   for (int d = 0; d < 16; ++d)
179   {
180       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
181       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
182   }
183 }
184
185
186 /// Search::clear() resets search state to its initial value, to obtain reproducible results
187
188 void Search::clear() {
189
190   TT.clear();
191
192   for (Thread* th : Threads)
193   {
194       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
195       th->history.fill(0);
196
197       for (auto& to : th->counterMoveHistory)
198           for (auto& h : to)
199               h.fill(0);
200
201       th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
202   }
203
204   Threads.main()->callsCnt = 0;
205   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
206 }
207
208
209 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
210 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
211 template<bool Root>
212 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
213
214   StateInfo st;
215   uint64_t cnt, nodes = 0;
216   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
217
218   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
219   {
220       if (Root && depth <= ONE_PLY)
221           cnt = 1, nodes++;
222       else
223       {
224           pos.do_move(m, st);
225           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
226           nodes += cnt;
227           pos.undo_move(m);
228       }
229       if (Root)
230           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
231   }
232   return nodes;
233 }
234
235 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
236
237
238 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
239 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
240
241 void MainThread::search() {
242
243   Color us = rootPos.side_to_move();
244   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
245   TT.new_search();
246
247   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
248   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
249   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
250
251   if (rootMoves.empty())
252   {
253       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
254       sync_cout << "info depth 0 score "
255                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
256                 << sync_endl;
257   }
258   else
259   {
260       for (Thread* th : Threads)
261           if (th != this)
262               th->start_searching();
263
264       Thread::search(); // Let's start searching!
265   }
266
267   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
268   // the available ones before exiting.
269   if (Limits.npmsec)
270       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
271
272   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
273   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
274   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
275   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
276   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
277   if (!Threads.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
278   {
279       Threads.stopOnPonderhit = true;
280       wait(Threads.stop);
281   }
282
283   // Stop the threads if not already stopped
284   Threads.stop = true;
285
286   // Wait until all threads have finished
287   for (Thread* th : Threads)
288       if (th != this)
289           th->wait_for_search_finished();
290
291   // Check if there are threads with a better score than main thread
292   Thread* bestThread = this;
293   if (   !this->easyMovePlayed
294       &&  Options["MultiPV"] == 1
295       && !Limits.depth
296       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
297       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
298   {
299       for (Thread* th : Threads)
300       {
301           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
302           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
303
304           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
305               bestThread = th;
306       }
307   }
308
309   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
310
311   // Send new PV when needed
312   if (bestThread != this)
313       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
314
315   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
316
317   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
318       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
319
320   std::cout << sync_endl;
321 }
322
323
324 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
325 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
326 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
327
328 void Thread::search() {
329
330   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
331   Value bestValue, alpha, beta, delta;
332   Move easyMove = MOVE_NONE;
333   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
334
335   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
336   for (int i = 4; i > 0; i--)
337      (ss-i)->history = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
338
339   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
340   beta = VALUE_INFINITE;
341   completedDepth = DEPTH_ZERO;
342
343   if (mainThread)
344   {
345       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
346       EasyMove.clear();
347       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
348       mainThread->bestMoveChanges = 0;
349   }
350
351   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
352   Skill skill(Options["Skill Level"]);
353
354   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
355   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
356   if (skill.enabled())
357       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
358
359   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
360
361   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
362   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
363          && !Threads.stop
364          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
365   {
366       // Distribute search depths across the threads
367       if (idx)
368       {
369           int i = (idx - 1) % 20;
370           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
371               continue;
372       }
373
374       // Age out PV variability metric
375       if (mainThread)
376           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
377
378       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
379       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
380       for (RootMove& rm : rootMoves)
381           rm.previousScore = rm.score;
382
383       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
384       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
385       {
386           // Reset aspiration window starting size
387           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
388           {
389               delta = Value(18);
390               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
391               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
392           }
393
394           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
395           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
396           // high/low anymore.
397           while (true)
398           {
399               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
400
401               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
402               // is done with a stable algorithm because all the values but the
403               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
404               // and we want to keep the same order for all the moves except the
405               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
406               // search the already searched PV lines are preserved.
407               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
408
409               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
410               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
411               // valid, although it refers to the previous iteration.
412               if (Threads.stop)
413                   break;
414
415               // When failing high/low give some update (without cluttering
416               // the UI) before a re-search.
417               if (   mainThread
418                   && multiPV == 1
419                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
420                   && Time.elapsed() > 3000)
421                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
422
423               // In case of failing low/high increase aspiration window and
424               // re-search, otherwise exit the loop.
425               if (bestValue <= alpha)
426               {
427                   beta = (alpha + beta) / 2;
428                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
429
430                   if (mainThread)
431                   {
432                       mainThread->failedLow = true;
433                       Threads.stopOnPonderhit = false;
434                   }
435               }
436               else if (bestValue >= beta)
437               {
438                   alpha = (alpha + beta) / 2;
439                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
440               }
441               else
442                   break;
443
444               delta += delta / 4 + 5;
445
446               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
447           }
448
449           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
450           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
451
452           if (!mainThread)
453               continue;
454
455           if (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
456               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
457       }
458
459       if (!Threads.stop)
460           completedDepth = rootDepth;
461
462       if (!mainThread)
463           continue;
464
465       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
466       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
467           skill.pick_best(multiPV);
468
469       // Have we found a "mate in x"?
470       if (   Limits.mate
471           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
472           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
473           Threads.stop = true;
474
475       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
476       if (Limits.use_time_management())
477       {
478           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
479           {
480               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
481               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
482               // from the previous search and just did a fast verification.
483               const int F[] = { mainThread->failedLow,
484                                 bestValue - mainThread->previousScore };
485
486               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
487               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
488
489               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
490                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
491                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
492
493               if (   rootMoves.size() == 1
494                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
495                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
496               {
497                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
498                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
499                   if (Limits.ponder)
500                       Threads.stopOnPonderhit = true;
501                   else
502                       Threads.stop = true;
503               }
504           }
505
506           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
507               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
508           else
509               EasyMove.clear();
510       }
511   }
512
513   if (!mainThread)
514       return;
515
516   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
517   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
518   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
519       EasyMove.clear();
520
521   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
522   if (skill.enabled())
523       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
524                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
525 }
526
527
528 namespace {
529
530   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
531
532   template <NodeType NT>
533   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
534
535     const bool PvNode = NT == PV;
536     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
537
538     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
539     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
540     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
541     assert(!(PvNode && cutNode));
542     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
543
544     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
545     StateInfo st;
546     TTEntry* tte;
547     Key posKey;
548     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
549     Depth extension, newDepth;
550     Value bestValue, value, ttValue, eval;
551     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
552     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
553     Piece moved_piece;
554     int moveCount, quietCount;
555
556     // Step 1. Initialize node
557     Thread* thisThread = pos.this_thread();
558     inCheck = pos.checkers();
559     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
560     ss->statScore = 0;
561     bestValue = -VALUE_INFINITE;
562     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
563
564     // Check for the available remaining time
565     if (thisThread == Threads.main())
566         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
567
568     // Used to send selDepth info to GUI
569     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
570         thisThread->maxPly = ss->ply;
571
572     if (!rootNode)
573     {
574         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
575         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
576             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
577                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
578
579         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
580         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
581         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
582         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
583         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
584         // mate. In this case return a fail-high score.
585         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
586         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
587         if (alpha >= beta)
588             return alpha;
589     }
590
591     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
592
593     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
594     ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
595     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
596     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
597
598     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
599     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
600     // position key in case of an excluded move.
601     excludedMove = ss->excludedMove;
602     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
603     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
604     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
605     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
606             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
607
608     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
609     if (  !PvNode
610         && ttHit
611         && tte->depth() >= depth
612         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
613         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
614                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
615     {
616         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
617         if (ttMove)
618         {
619             if (ttValue >= beta)
620             {
621                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
622                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
623
624                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
625                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
626                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
627             }
628             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
629             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
630             {
631                 int penalty = -stat_bonus(depth);
632                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
633                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
634             }
635         }
636         return ttValue;
637     }
638
639     // Step 4a. Tablebase probe
640     if (!rootNode && TB::Cardinality)
641     {
642         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
643
644         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
645             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
646             &&  pos.rule50_count() == 0
647             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
648         {
649             TB::ProbeState err;
650             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
651
652             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
653             {
654                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
655
656                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
657
658                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
659                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
660                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
661
662                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
663                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
664                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
665
666                 return value;
667             }
668         }
669     }
670
671     // Step 5. Evaluate the position statically
672     if (inCheck)
673     {
674         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
675         goto moves_loop;
676     }
677
678     else if (ttHit)
679     {
680         // Never assume anything on values stored in TT
681         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
682             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
683
684         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
685         if (ttValue != VALUE_NONE)
686             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
687                 eval = ttValue;
688     }
689     else
690     {
691         eval = ss->staticEval =
692         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
693                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
694
695         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
696                   ss->staticEval, TT.generation());
697     }
698
699     if (skipEarlyPruning)
700         goto moves_loop;
701
702     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
703     if (   !PvNode
704         &&  depth < 4 * ONE_PLY
705         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
706     {
707         if (depth <= ONE_PLY)
708             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
709
710         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
711         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
712         if (v <= ralpha)
713             return v;
714     }
715
716     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
717     if (   !rootNode
718         &&  depth < 7 * ONE_PLY
719         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
720         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
721         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
722         return eval;
723
724     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
725     if (   !PvNode
726         &&  eval >= beta
727         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
728         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
729     {
730
731         assert(eval - beta >= 0);
732
733         // Null move dynamic reduction based on depth and value
734         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
735
736         ss->currentMove = MOVE_NULL;
737         ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
738
739         pos.do_null_move(st);
740         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
741                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
742         pos.undo_null_move();
743
744         if (nullValue >= beta)
745         {
746             // Do not return unproven mate scores
747             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
748                 nullValue = beta;
749
750             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
751                 return nullValue;
752
753             // Do verification search at high depths
754             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
755                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
756
757             if (v >= beta)
758                 return nullValue;
759         }
760     }
761
762     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
763     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
764     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
765     if (   !PvNode
766         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
767         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768     {
769         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
770
771         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
772
773         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
774
775         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
776             if (pos.legal(move))
777             {
778                 ss->currentMove = move;
779                 ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
780
781                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
782                 pos.do_move(move, st);
783                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
784                 pos.undo_move(move);
785                 if (value >= rbeta)
786                     return value;
787             }
788     }
789
790     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
791     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
792         && !ttMove
793         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
794     {
795         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
796         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
797
798         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
799         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
800     }
801
802 moves_loop: // When in check search starts from here
803
804     const PieceToHistory& cmh = *(ss-1)->history;
805     const PieceToHistory& fmh = *(ss-2)->history;
806     const PieceToHistory& fm2 = *(ss-4)->history;
807
808     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
809     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
810     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
811             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
812                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
813
814     singularExtensionNode =   !rootNode
815                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
816                            &&  ttMove != MOVE_NONE
817                            &&  ttValue != VALUE_NONE
818                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
819                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
820                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
821     skipQuiets = false;
822     ttCapture = false;
823
824     // Step 11. Loop through moves
825     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
826     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
827     {
828       assert(is_ok(move));
829
830       if (move == excludedMove)
831           continue;
832
833       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
834       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
835       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
836       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
837                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
838           continue;
839
840       ss->moveCount = ++moveCount;
841
842       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
843           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
844                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
845                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
846
847       if (PvNode)
848           (ss+1)->pv = nullptr;
849
850       extension = DEPTH_ZERO;
851       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
852       moved_piece = pos.moved_piece(move);
853
854       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
855                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
856                   : pos.gives_check(move);
857
858       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
859                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
860
861       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
862
863       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
864       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
865       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
866       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
867       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
868       if (    singularExtensionNode
869           &&  move == ttMove
870           &&  pos.legal(move))
871       {
872           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
873           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
874           ss->excludedMove = move;
875           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
876           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
877
878           if (value < rBeta)
879               extension = ONE_PLY;
880       }
881       else if (    givesCheck
882                && !moveCountPruning
883                &&  pos.see_ge(move))
884           extension = ONE_PLY;
885
886       // Calculate new depth for this move
887       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
888
889       // Step 13. Pruning at shallow depth
890       if (  !rootNode
891           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
892           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
893       {
894           if (   !captureOrPromotion
895               && !givesCheck
896               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
897           {
898               // Move count based pruning
899               if (moveCountPruning)
900               {
901                   skipQuiets = true;
902                   continue;
903               }
904
905               // Reduced depth of the next LMR search
906               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
907
908               // Countermoves based pruning
909               if (   lmrDepth < 3
910                   && (cmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
911                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
912                   continue;
913
914               // Futility pruning: parent node
915               if (   lmrDepth < 7
916                   && !inCheck
917                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
918                   continue;
919
920               // Prune moves with negative SEE
921               if (   lmrDepth < 8
922                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
923                   continue;
924           }
925           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
926                    && !extension
927                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
928                   continue;
929       }
930
931       // Speculative prefetch as early as possible
932       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
933
934       // Check for legality just before making the move
935       if (!rootNode && !pos.legal(move))
936       {
937           ss->moveCount = --moveCount;
938           continue;
939       }
940
941       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
942           ttCapture = true;
943
944       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
945       ss->currentMove = move;
946       ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
947
948       // Step 14. Make the move
949       pos.do_move(move, st, givesCheck);
950
951       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
952       // re-searched at full depth.
953       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
954           &&  moveCount > 1
955           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
956       {
957           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
958
959           if (captureOrPromotion)
960               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
961           else
962           {
963               // Increase reduction if ttMove is a capture
964               if (ttCapture)
965                   r += ONE_PLY;
966
967               // Increase reduction for cut nodes
968               if (cutNode)
969                   r += 2 * ONE_PLY;
970
971               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
972               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
973               // hence break make_move().
974               else if (    type_of(move) == NORMAL
975                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
976                   r -= 2 * ONE_PLY;
977
978               ss->statScore =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
979                              + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
980                              + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
981                              + thisThread->history[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
982                              - 4000; // Correction factor
983
984               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
985               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
986                   r -= ONE_PLY;
987
988               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
989                   r += ONE_PLY;
990
991               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
992               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
993           }
994
995           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
996
997           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
998
999           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1000       }
1001       else
1002           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1003
1004       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1005       if (doFullDepthSearch)
1006           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1007                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1008                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1009                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1010
1011       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1012       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1013       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1014       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1015       {
1016           (ss+1)->pv = pv;
1017           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1018
1019           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1020                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1021                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1022                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1023       }
1024
1025       // Step 17. Undo move
1026       pos.undo_move(move);
1027
1028       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1029
1030       // Step 18. Check for a new best move
1031       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1032       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1033       // updating best move, PV and TT.
1034       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1035           return VALUE_ZERO;
1036
1037       if (rootNode)
1038       {
1039           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1040                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1041
1042           // PV move or new best move ?
1043           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1044           {
1045               rm.score = value;
1046               rm.pv.resize(1);
1047
1048               assert((ss+1)->pv);
1049
1050               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1051                   rm.pv.push_back(*m);
1052
1053               // We record how often the best move has been changed in each
1054               // iteration. This information is used for time management: When
1055               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1056               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1057                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1058           }
1059           else
1060               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1061               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1062               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1063               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1064       }
1065
1066       if (value > bestValue)
1067       {
1068           bestValue = value;
1069
1070           if (value > alpha)
1071           {
1072               bestMove = move;
1073
1074               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1075                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1076
1077               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1078                   alpha = value;
1079               else
1080               {
1081                   assert(value >= beta); // Fail high
1082                   break;
1083               }
1084           }
1085       }
1086
1087       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1088           quietsSearched[quietCount++] = move;
1089     }
1090
1091     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1092     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1093     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1094     /*
1095        if (Threads.stop)
1096         return VALUE_DRAW;
1097     */
1098
1099     // Step 20. Check for mate and stalemate
1100     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1101     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1102     // return a fail low score.
1103
1104     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1105
1106     if (!moveCount)
1107         bestValue = excludedMove ? alpha
1108                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1109     else if (bestMove)
1110     {
1111         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1112         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1113             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1114
1115         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1116         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1117             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1118     }
1119     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1120     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1121              && !pos.captured_piece()
1122              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1123         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1124
1125     if (!excludedMove)
1126         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1127                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1128                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1129                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1130
1131     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1132
1133     return bestValue;
1134   }
1135
1136
1137   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1138   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1139
1140   template <NodeType NT, bool InCheck>
1141   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1142
1143     const bool PvNode = NT == PV;
1144
1145     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1146     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1147     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1148     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1149     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1150
1151     Move pv[MAX_PLY+1];
1152     StateInfo st;
1153     TTEntry* tte;
1154     Key posKey;
1155     Move ttMove, move, bestMove;
1156     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1157     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1158     Depth ttDepth;
1159     int moveCount;
1160
1161     if (PvNode)
1162     {
1163         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1164         (ss+1)->pv = pv;
1165         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1166     }
1167
1168     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1169     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1170     moveCount = 0;
1171
1172     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1173     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1174         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1175                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1176
1177     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1178
1179     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1180     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1181     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1182     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1183                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1184
1185     // Transposition table lookup
1186     posKey = pos.key();
1187     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1188     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1189     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1190
1191     if (  !PvNode
1192         && ttHit
1193         && tte->depth() >= ttDepth
1194         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1195         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1196                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1197         return ttValue;
1198
1199     // Evaluate the position statically
1200     if (InCheck)
1201     {
1202         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1203         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1204     }
1205     else
1206     {
1207         if (ttHit)
1208         {
1209             // Never assume anything on values stored in TT
1210             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1211                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1212
1213             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1214             if (ttValue != VALUE_NONE)
1215                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1216                     bestValue = ttValue;
1217         }
1218         else
1219             ss->staticEval = bestValue =
1220             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1221                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1222
1223         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1224         if (bestValue >= beta)
1225         {
1226             if (!ttHit)
1227                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1228                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1229
1230             return bestValue;
1231         }
1232
1233         if (PvNode && bestValue > alpha)
1234             alpha = bestValue;
1235
1236         futilityBase = bestValue + 128;
1237     }
1238
1239     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1240     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1241     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1242     // be generated.
1243     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1244
1245     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1246     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1247     {
1248       assert(is_ok(move));
1249
1250       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1251                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1252                   : pos.gives_check(move);
1253
1254       moveCount++;
1255
1256       // Futility pruning
1257       if (   !InCheck
1258           && !givesCheck
1259           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1260           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1261       {
1262           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1263
1264           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1265
1266           if (futilityValue <= alpha)
1267           {
1268               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1269               continue;
1270           }
1271
1272           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1273           {
1274               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1275               continue;
1276           }
1277       }
1278
1279       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1280       evasionPrunable =    InCheck
1281                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1282                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1283                        && !pos.capture(move);
1284
1285       // Don't search moves with negative SEE values
1286       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1287           &&  type_of(move) != PROMOTION
1288           &&  !pos.see_ge(move))
1289           continue;
1290
1291       // Speculative prefetch as early as possible
1292       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1293
1294       // Check for legality just before making the move
1295       if (!pos.legal(move))
1296       {
1297           moveCount--;
1298           continue;
1299       }
1300
1301       ss->currentMove = move;
1302
1303       // Make and search the move
1304       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1305       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1306                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1307       pos.undo_move(move);
1308
1309       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1310
1311       // Check for a new best move
1312       if (value > bestValue)
1313       {
1314           bestValue = value;
1315
1316           if (value > alpha)
1317           {
1318               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1319                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1320
1321               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1322               {
1323                   alpha = value;
1324                   bestMove = move;
1325               }
1326               else // Fail high
1327               {
1328                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1329                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1330
1331                   return value;
1332               }
1333           }
1334        }
1335     }
1336
1337     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1338     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1339     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1340         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1341
1342     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1343               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1344               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1345
1346     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1347
1348     return bestValue;
1349   }
1350
1351
1352   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1353   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1354   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1355
1356   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1357
1358     assert(v != VALUE_NONE);
1359
1360     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1361           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1362   }
1363
1364
1365   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1366   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1367   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1368
1369   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1370
1371     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1372           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1373           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1374   }
1375
1376
1377   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1378
1379   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1380
1381     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1382         *pv++ = *childPv++;
1383     *pv = MOVE_NONE;
1384   }
1385
1386
1387   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1388
1389   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus) {
1390
1391     for (int i : {1, 2, 4})
1392         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1393             (ss-i)->history->update(pc, s, bonus);
1394   }
1395
1396
1397   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1398
1399   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1400                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1401
1402     if (ss->killers[0] != move)
1403     {
1404         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1405         ss->killers[0] = move;
1406     }
1407
1408     Color c = pos.side_to_move();
1409     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1410     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1411     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1412
1413     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1414     {
1415         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1416         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq]=move;
1417     }
1418
1419     // Decrease all the other played quiet moves
1420     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1421     {
1422         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1423         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1424     }
1425   }
1426
1427
1428   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1429   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1430
1431   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1432
1433     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1434     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1435
1436     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1437     Value topScore = rootMoves[0].score;
1438     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1439     int weakness = 120 - 2 * level;
1440     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1441
1442     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1443     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1444     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1445     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1446     {
1447         // This is our magic formula
1448         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1449                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1450
1451         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1452         {
1453             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1454             best = rootMoves[i].pv[0];
1455         }
1456     }
1457
1458     return best;
1459   }
1460
1461 } // namespace
1462
1463   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1464   // when we are out of available time and thus stop the search.
1465
1466   void MainThread::check_time() {
1467
1468     if (--callsCnt > 0)
1469         return;
1470
1471     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1472     // otherwise use a default value.
1473     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1474
1475     static TimePoint lastInfoTime = now();
1476
1477     int elapsed = Time.elapsed();
1478     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1479
1480     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1481     {
1482         lastInfoTime = tick;
1483         dbg_print();
1484     }
1485
1486     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1487     if (Limits.ponder)
1488         return;
1489
1490     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1491         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1492         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1493             Threads.stop = true;
1494   }
1495
1496
1497 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1498 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1499
1500 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1501
1502   std::stringstream ss;
1503   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1504   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1505   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1506   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1507   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1508   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1509
1510   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1511   {
1512       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1513
1514       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1515           continue;
1516
1517       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1518       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1519
1520       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1521       v = tb ? TB::Score : v;
1522
1523       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1524           ss << "\n";
1525
1526       ss << "info"
1527          << " depth "    << d / ONE_PLY
1528          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1529          << " multipv "  << i + 1
1530          << " score "    << UCI::value(v);
1531
1532       if (!tb && i == PVIdx)
1533           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1534
1535       ss << " nodes "    << nodesSearched
1536          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1537
1538       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1539           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1540
1541       ss << " tbhits "   << tbHits
1542          << " time "     << elapsed
1543          << " pv";
1544
1545       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1546           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1547   }
1548
1549   return ss.str();
1550 }
1551
1552
1553 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1554 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1555 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1556 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1557
1558 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1559
1560     StateInfo st;
1561     bool ttHit;
1562
1563     assert(pv.size() == 1);
1564
1565     if (!pv[0])
1566         return false;
1567
1568     pos.do_move(pv[0], st);
1569     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1570
1571     if (ttHit)
1572     {
1573         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1574         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1575             pv.push_back(m);
1576     }
1577
1578     pos.undo_move(pv[0]);
1579     return pv.size() > 1;
1580 }
1581
1582 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1583
1584     RootInTB = false;
1585     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1586     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1587     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1588
1589     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1590     if (Cardinality > MaxCardinality)
1591     {
1592         Cardinality = MaxCardinality;
1593         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1594     }
1595
1596     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1597         return;
1598
1599     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1600     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1601     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1602
1603     if (RootInTB)
1604         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1605
1606     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1607     {
1608         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1609         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1610
1611         // Only probe during search if winning
1612         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1613             Cardinality = 0;
1614     }
1615
1616     if (RootInTB && !UseRule50)
1617         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1618                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1619                                             :  VALUE_DRAW;
1620 }