]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Add attacked by 2 pawns to attackedBy2 (#2074)
[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) 2015-2019 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 <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "position.h"
32 #include "search.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   LimitsType Limits;
42 }
43
44 namespace Tablebases {
45
46   int Cardinality;
47   bool RootInTB;
48   bool UseRule50;
49   Depth ProbeDepth;
50 }
51
52 namespace TB = Tablebases;
53
54 using std::string;
55 using Eval::evaluate;
56 using namespace Search;
57
58 namespace {
59
60   // Different node types, used as a template parameter
61   enum NodeType { NonPV, PV };
62
63   // Razor and futility margins
64   constexpr int RazorMargin = 600;
65   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
66     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
67   }
68
69   // Reductions lookup table, initialized at startup
70   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
71
72   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
73     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
74     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
75   }
76
77   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
78     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
88   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
89     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
90                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
91   }
92
93   // Skill structure is used to implement strength limit
94   struct Skill {
95     explicit Skill(int l) : level(l) {}
96     bool enabled() const { return level < 20; }
97     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   template <NodeType NT>
105   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
106
107   template <NodeType NT>
108   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
109
110   Value value_to_tt(Value v, int ply);
111   Value value_from_tt(Value v, int ply);
112   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
113   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
114   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
115   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
116
117   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
118   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
119   template<bool Root>
120   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
121
122     StateInfo st;
123     uint64_t cnt, nodes = 0;
124     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
125
126     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
127     {
128         if (Root && depth <= ONE_PLY)
129             cnt = 1, nodes++;
130         else
131         {
132             pos.do_move(m, st);
133             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
134             nodes += cnt;
135             pos.undo_move(m);
136         }
137         if (Root)
138             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
139     }
140     return nodes;
141   }
142
143 } // namespace
144
145
146 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
147
148 void Search::init() {
149
150   for (int i = 1; i < 64; ++i)
151       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
152 }
153
154
155 /// Search::clear() resets search state to its initial value
156
157 void Search::clear() {
158
159   Threads.main()->wait_for_search_finished();
160
161   Time.availableNodes = 0;
162   TT.clear();
163   Threads.clear();
164   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
165 }
166
167
168 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
169 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
170
171 void MainThread::search() {
172
173   if (Limits.perft)
174   {
175       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
176       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
177       return;
178   }
179
180   Color us = rootPos.side_to_move();
181   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
182   TT.new_search();
183
184   if (rootMoves.empty())
185   {
186       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
187       sync_cout << "info depth 0 score "
188                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
189                 << sync_endl;
190   }
191   else
192   {
193       for (Thread* th : Threads)
194           if (th != this)
195               th->start_searching();
196
197       Thread::search(); // Let's start searching!
198   }
199
200   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
201   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
202   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
203   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
204   // until the GUI sends one of those commands.
205
206   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
207   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
208
209   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
210   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
211   Threads.stop = true;
212
213   // Wait until all threads have finished
214   for (Thread* th : Threads)
215       if (th != this)
216           th->wait_for_search_finished();
217
218   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
219   // the available ones before exiting.
220   if (Limits.npmsec)
221       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
222
223   Thread* bestThread = this;
224
225   // Check if there are threads with a better score than main thread
226   if (    Options["MultiPV"] == 1
227       && !Limits.depth
228       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
229       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
230   {
231       std::map<Move, int64_t> votes;
232       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
233
234       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
235       for (Thread* th: Threads)
236           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
237
238       // Vote according to score and depth
239       for (Thread* th : Threads)
240       {
241           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
242           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
243       }
244
245       // Select best thread
246       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
247       for (Thread* th : Threads)
248           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
249           {
250               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
251               bestThread = th;
252           }
253   }
254
255   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
256
257   // Send again PV info if we have a new best thread
258   if (bestThread != this)
259       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
260
261   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
262
263   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
264       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
265
266   std::cout << sync_endl;
267 }
268
269
270 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
271 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
272 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
273
274 void Thread::search() {
275
276   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
277   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
278   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
279   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
280   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
281   Move  pv[MAX_PLY+1];
282   Value bestValue, alpha, beta, delta;
283   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
284   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
285   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
286   double timeReduction = 1.0;
287   Color us = rootPos.side_to_move();
288
289   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
290   for (int i = 7; i > 0; i--)
291      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
292   ss->pv = pv;
293
294   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295   beta = VALUE_INFINITE;
296
297   if (mainThread)
298       mainThread->bestMoveChanges = 0;
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311
312   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
313   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
314       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
315           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
316           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
318           : ct;
319
320   // Evaluation score is from the white point of view
321   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
322                           : -make_score(ct, ct / 2));
323
324   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
325   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
326          && !Threads.stop
327          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
328   {
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       size_t pvFirst = 0;
339       pvLast = 0;
340
341       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
342       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
343       {
344           if (pvIdx == pvLast)
345           {
346               pvFirst = pvLast;
347               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
348                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
349                       break;
350           }
351
352           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
353           selDepth = 0;
354
355           // Reset aspiration window starting size
356           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
357           {
358               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
359               delta = Value(20);
360               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
361               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
367                                       : -make_score(dct, dct / 2));
368           }
369
370           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
371           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
372           // high/low anymore.
373           int failedHighCnt = 0;
374           while (true)
375           {
376               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
377               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
378
379               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
380               // is done with a stable algorithm because all the values but the
381               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
382               // and we want to keep the same order for all the moves except the
383               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
384               // search the already searched PV lines are preserved.
385               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
386
387               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
388               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
389               // the previous iteration.
390               if (Threads.stop)
391                   break;
392
393               // When failing high/low give some update (without cluttering
394               // the UI) before a re-search.
395               if (   mainThread
396                   && multiPV == 1
397                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
398                   && Time.elapsed() > 3000)
399                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
400
401               // In case of failing low/high increase aspiration window and
402               // re-search, otherwise exit the loop.
403               if (bestValue <= alpha)
404               {
405                   beta = (alpha + beta) / 2;
406                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
407
408                   if (mainThread)
409                   {
410                       failedHighCnt = 0;
411                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
412                   }
413               }
414               else if (bestValue >= beta)
415               {
416                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
417                   if (mainThread)
418                       ++failedHighCnt;
419               }
420               else
421                   break;
422
423               delta += delta / 4 + 5;
424
425               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
426           }
427
428           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
429           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
430
431           if (    mainThread
432               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
433               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434       }
435
436       if (!Threads.stop)
437           completedDepth = rootDepth;
438
439       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
440          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
441          lastBestMoveDepth = rootDepth;
442       }
443
444       // Have we found a "mate in x"?
445       if (   Limits.mate
446           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
447           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
448           Threads.stop = true;
449
450       if (!mainThread)
451           continue;
452
453       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
454       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
455           skill.pick_best(multiPV);
456
457       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
458       if (    Limits.use_time_management()
459           && !Threads.stop
460           && !mainThread->stopOnPonderhit)
461       {
462           double fallingEval = (306 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
463           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
464
465           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
466           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
467           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
468
469           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
470           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
471
472           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
473           if (   rootMoves.size() == 1
474               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
475           {
476               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
477               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
478               if (mainThread->ponder)
479                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
480               else
481                   Threads.stop = true;
482           }
483       }
484   }
485
486   if (!mainThread)
487       return;
488
489   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
490
491   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
492   if (skill.enabled())
493       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
494                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
495 }
496
497
498 namespace {
499
500   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
501
502   template <NodeType NT>
503   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
504
505     constexpr bool PvNode = NT == PV;
506     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
507
508     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
509     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
510     if (   pos.rule50_count() >= 3
511         && alpha < VALUE_DRAW
512         && !rootNode
513         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
514     {
515         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
516         if (alpha >= beta)
517             return alpha;
518     }
519
520     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
521     if (depth < ONE_PLY)
522         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
523
524     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
525     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
526     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
527     assert(!(PvNode && cutNode));
528     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
529
530     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
531     StateInfo st;
532     TTEntry* tte;
533     Key posKey;
534     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
535     Depth extension, newDepth;
536     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
537     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
538     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
539     Piece movedPiece;
540     int moveCount, captureCount, quietCount;
541
542     // Step 1. Initialize node
543     Thread* thisThread = pos.this_thread();
544     inCheck = pos.checkers();
545     Color us = pos.side_to_move();
546     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
547     bestValue = -VALUE_INFINITE;
548     maxValue = VALUE_INFINITE;
549
550     // Check for the available remaining time
551     if (thisThread == Threads.main())
552         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
553
554     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
555     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
556         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
557
558     if (!rootNode)
559     {
560         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
561         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
562             || pos.is_draw(ss->ply)
563             || ss->ply >= MAX_PLY)
564             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
565                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
566
567         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
568         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
569         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
570         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
571         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
572         // mate. In this case return a fail-high score.
573         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
574         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
575         if (alpha >= beta)
576             return alpha;
577     }
578
579     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
580
581     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
582     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
583     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
584     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
585     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
586
587     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
588     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
589     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
590     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
591     // LMR which are based on the statScore of parent position.
592     (ss+2)->statScore = 0;
593
594     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
595     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
596     // position key in case of an excluded move.
597     excludedMove = ss->excludedMove;
598     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
599     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
600     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
601     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
602             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
603     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
604
605     // if position has been searched at higher depths and we are shuffling, return value_draw
606     if (pos.rule50_count() > 36
607         && ss->ply > 36
608         && depth < 3 * ONE_PLY
609         && ttHit
610         && tte->depth() > depth
611         && pos.count<PAWN>() > 0)
612         return VALUE_DRAW;
613
614     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
615     if (  !PvNode
616         && ttHit
617         && tte->depth() >= depth
618         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
619         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
620                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
621     {
622         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
623         if (ttMove)
624         {
625             if (ttValue >= beta)
626             {
627                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
628                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
629
630                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
631                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
632                      && !pos.captured_piece())
633                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
634             }
635             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
636             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
637             {
638                 int penalty = -stat_bonus(depth);
639                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
640                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
641             }
642         }
643         return ttValue;
644     }
645
646     // Step 5. Tablebases probe
647     if (!rootNode && TB::Cardinality)
648     {
649         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
650
651         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
652             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
653             &&  pos.rule50_count() == 0
654             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
655         {
656             TB::ProbeState err;
657             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
658
659             // Force check of time on the next occasion
660             if (thisThread == Threads.main())
661                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
662
663             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
664             {
665                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
666
667                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
668
669                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
670                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
671                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
672
673                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
674                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
675
676                 if (    b == BOUND_EXACT
677                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
678                 {
679                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
680                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
681                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
682
683                     return value;
684                 }
685
686                 if (PvNode)
687                 {
688                     if (b == BOUND_LOWER)
689                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
690                     else
691                         maxValue = value;
692                 }
693             }
694         }
695     }
696
697     // Step 6. Static evaluation of the position
698     if (inCheck)
699     {
700         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
701         improving = false;
702         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
703     }
704     else if (ttHit)
705     {
706         // Never assume anything on values stored in TT
707         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
708         if (eval == VALUE_NONE)
709             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
710
711         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
712         if (    ttValue != VALUE_NONE
713             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
714             eval = ttValue;
715     }
716     else
717     {
718         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
719         {
720             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
721
722             pureStaticEval = evaluate(pos);
723             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
724         }
725         else
726             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
727
728         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
729     }
730
731     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
732     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
733         &&  depth < 2 * ONE_PLY
734         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
735         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
736
737     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
738                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
739
740     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
741     if (   !PvNode
742         &&  depth < 7 * ONE_PLY
743         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
744         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
745         return eval;
746
747     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
748     if (   !PvNode
749         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
750         && (ss-1)->statScore < 23200
751         &&  eval >= beta
752         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
753         && !excludedMove
754         &&  pos.non_pawn_material(us)
755         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
756     {
757         assert(eval - beta >= 0);
758
759         // Null move dynamic reduction based on depth and value
760         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
761
762         ss->currentMove = MOVE_NULL;
763         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
764
765         pos.do_null_move(st);
766
767         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
768
769         pos.undo_null_move();
770
771         if (nullValue >= beta)
772         {
773             // Do not return unproven mate scores
774             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
775                 nullValue = beta;
776
777             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
778                 return nullValue;
779
780             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
781
782             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
783             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
784             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
785             thisThread->nmpColor = us;
786
787             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
788
789             thisThread->nmpMinPly = 0;
790
791             if (v >= beta)
792                 return nullValue;
793         }
794     }
795
796     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
797     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
798     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
799     if (   !PvNode
800         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
801         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
802     {
803         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
804         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
805         int probCutCount = 0;
806
807         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
808                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
809             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
810             {
811                 probCutCount++;
812
813                 ss->currentMove = move;
814                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
815
816                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
817
818                 pos.do_move(move, st);
819
820                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
821                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
822
823                 // If the qsearch held, perform the regular search
824                 if (value >= raisedBeta)
825                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
826
827                 pos.undo_move(move);
828
829                 if (value >= raisedBeta)
830                     return value;
831             }
832     }
833
834     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
835     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
836     {
837         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
838
839         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
840         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
841         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
842     }
843
844 moves_loop: // When in check, search starts from here
845
846     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
847                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
848                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
849
850     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
851
852     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
853                                       &thisThread->captureHistory,
854                                       contHist,
855                                       countermove,
856                                       ss->killers);
857
858     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
859     moveCountPruning = false;
860     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
861
862     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
863     // or a beta cutoff occurs.
864     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
865     {
866       assert(is_ok(move));
867
868       if (move == excludedMove)
869           continue;
870
871       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
872       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
873       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
874       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
875       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
876                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
877           continue;
878
879       ss->moveCount = ++moveCount;
880
881       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
882           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
883                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
884                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
885       if (PvNode)
886           (ss+1)->pv = nullptr;
887
888       extension = DEPTH_ZERO;
889       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
890       movedPiece = pos.moved_piece(move);
891       givesCheck = pos.gives_check(move);
892
893       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
894
895       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
896       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
897       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
898       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
899       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
900       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
901           &&  move == ttMove
902           && !rootNode
903           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
904       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
905           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
906           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
907           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
908           &&  pos.legal(move))
909       {
910           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
911           ss->excludedMove = move;
912           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
913           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
914
915           if (value < singularBeta)
916               extension = ONE_PLY;
917
918           // Multi-cut pruning
919           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
920           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
921           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
922           // the hard beta bound.
923           else if (cutNode && singularBeta > beta)
924               return beta;
925       }
926
927       // Check extension (~2 Elo)
928       else if (    givesCheck
929                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
930           extension = ONE_PLY;
931
932       // Shuffle extension
933       else if(pos.rule50_count() > 14 && ss->ply > 14 && depth < 3 * ONE_PLY && PvNode)
934           extension = ONE_PLY;
935
936       // Castling extension
937       else if (type_of(move) == CASTLING)
938           extension = ONE_PLY;
939
940       // Calculate new depth for this move
941       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
942
943       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
944       if (  !rootNode
945           && pos.non_pawn_material(us)
946           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
947       {
948           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
949           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
950
951           if (   !captureOrPromotion
952               && !givesCheck
953               && !pos.advanced_pawn_push(move))
954           {
955               // Move count based pruning (~30 Elo)
956               if (moveCountPruning)
957                   continue;
958
959               // Reduced depth of the next LMR search
960               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
961
962               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
963               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
964                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
965                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
966                   continue;
967
968               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
969               if (   lmrDepth < 7
970                   && !inCheck
971                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
972                   continue;
973
974               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
975               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
976                   continue;
977           }
978           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
979                   continue;
980       }
981
982       // Speculative prefetch as early as possible
983       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
984
985       // Check for legality just before making the move
986       if (!rootNode && !pos.legal(move))
987       {
988           ss->moveCount = --moveCount;
989           continue;
990       }
991
992       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
993       ss->currentMove = move;
994       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
995
996       // Step 15. Make the move
997       pos.do_move(move, st, givesCheck);
998
999       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1000       // re-searched at full depth.
1001       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1002           &&  moveCount > 1
1003           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1004       {
1005           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1006
1007           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1008           if (ttPv)
1009               r -= ONE_PLY;
1010
1011           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1012           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1013               r -= ONE_PLY;
1014
1015           if (!captureOrPromotion)
1016           {
1017               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1018               if (ttCapture)
1019                   r += ONE_PLY;
1020
1021               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1022               if (cutNode)
1023                   r += 2 * ONE_PLY;
1024
1025               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1026               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1027               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1028               else if (    type_of(move) == NORMAL
1029                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1030                   r -= 2 * ONE_PLY;
1031
1032               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1033                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1034                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1035                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1036                              - 4000;
1037
1038               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1039               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1040                   r -= ONE_PLY;
1041
1042               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1043                   r += ONE_PLY;
1044
1045               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1046               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1047           }
1048
1049           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1050
1051           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1052
1053           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1054       }
1055       else
1056           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1057
1058       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1059       if (doFullDepthSearch)
1060           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1061
1062       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1063       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1064       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1065       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1066       {
1067           (ss+1)->pv = pv;
1068           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1069
1070           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1071       }
1072
1073       // Step 18. Undo move
1074       pos.undo_move(move);
1075
1076       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1077
1078       // Step 19. Check for a new best move
1079       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1080       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1081       // updating best move, PV and TT.
1082       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1083           return VALUE_ZERO;
1084
1085       if (rootNode)
1086       {
1087           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1088                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1089
1090           // PV move or new best move?
1091           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1092           {
1093               rm.score = value;
1094               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1095               rm.pv.resize(1);
1096
1097               assert((ss+1)->pv);
1098
1099               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1100                   rm.pv.push_back(*m);
1101
1102               // We record how often the best move has been changed in each
1103               // iteration. This information is used for time management: When
1104               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1105               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1106                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1107           }
1108           else
1109               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1110               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1111               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1112               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1113       }
1114
1115       if (value > bestValue)
1116       {
1117           bestValue = value;
1118
1119           if (value > alpha)
1120           {
1121               bestMove = move;
1122
1123               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1124                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1125
1126               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1127                   alpha = value;
1128               else
1129               {
1130                   assert(value >= beta); // Fail high
1131                   ss->statScore = 0;
1132                   break;
1133               }
1134           }
1135       }
1136
1137       if (move != bestMove)
1138       {
1139           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1140               capturesSearched[captureCount++] = move;
1141
1142           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1143               quietsSearched[quietCount++] = move;
1144       }
1145     }
1146
1147     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1148     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1149     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1150     /*
1151        if (Threads.stop)
1152         return VALUE_DRAW;
1153     */
1154
1155     // Step 20. Check for mate and stalemate
1156     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1157     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1158     // return a fail low score.
1159
1160     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1161
1162     if (!moveCount)
1163         bestValue = excludedMove ? alpha
1164                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1165     else if (bestMove)
1166     {
1167         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1168         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1169             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1170                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1171
1172         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1173
1174         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1175         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1176             && !pos.captured_piece())
1177                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1178
1179     }
1180     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1181     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1182              && !pos.captured_piece())
1183         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1184
1185     if (PvNode)
1186         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1187
1188     if (!excludedMove)
1189         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1190                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1191                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1192                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1193
1194     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1195
1196     return bestValue;
1197   }
1198
1199
1200   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1201   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1202   template <NodeType NT>
1203   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1204
1205     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1206
1207     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1208     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1209     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1210     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1211
1212     Move pv[MAX_PLY+1];
1213     StateInfo st;
1214     TTEntry* tte;
1215     Key posKey;
1216     Move ttMove, move, bestMove;
1217     Depth ttDepth;
1218     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1219     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1220     int moveCount;
1221
1222     if (PvNode)
1223     {
1224         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1225         (ss+1)->pv = pv;
1226         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1227     }
1228
1229     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1230     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1231     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1232     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1233     inCheck = pos.checkers();
1234     moveCount = 0;
1235
1236     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1237     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1238         || ss->ply >= MAX_PLY)
1239         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1240
1241     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1242
1243     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1244     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1245     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1246     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1247                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1248     // Transposition table lookup
1249     posKey = pos.key();
1250     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1251     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1252     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1253     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1254
1255     if (  !PvNode
1256         && ttHit
1257         && tte->depth() >= ttDepth
1258         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1259         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1260                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1261         return ttValue;
1262
1263     // Evaluate the position statically
1264     if (inCheck)
1265     {
1266         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1267         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1268     }
1269     else
1270     {
1271         if (ttHit)
1272         {
1273             // Never assume anything on values stored in TT
1274             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1275                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1276
1277             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1278             if (    ttValue != VALUE_NONE
1279                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1280                 bestValue = ttValue;
1281         }
1282         else
1283             ss->staticEval = bestValue =
1284             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1285                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1286
1287         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1288         if (bestValue >= beta)
1289         {
1290             if (!ttHit)
1291                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1292                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1293
1294             return bestValue;
1295         }
1296
1297         if (PvNode && bestValue > alpha)
1298             alpha = bestValue;
1299
1300         futilityBase = bestValue + 128;
1301     }
1302
1303     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1304                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1305                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1306
1307     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1308     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1309     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1310     // be generated.
1311     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1312                                       &thisThread->captureHistory,
1313                                       contHist,
1314                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1315
1316     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1317     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1318     {
1319       assert(is_ok(move));
1320
1321       givesCheck = pos.gives_check(move);
1322
1323       moveCount++;
1324
1325       // Futility pruning
1326       if (   !inCheck
1327           && !givesCheck
1328           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1329           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1330       {
1331           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1332
1333           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1334
1335           if (futilityValue <= alpha)
1336           {
1337               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1338               continue;
1339           }
1340
1341           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1342           {
1343               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1344               continue;
1345           }
1346       }
1347
1348       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1349       evasionPrunable =    inCheck
1350                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1351                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1352                        && !pos.capture(move);
1353
1354       // Don't search moves with negative SEE values
1355       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1356           && !pos.see_ge(move))
1357           continue;
1358
1359       // Speculative prefetch as early as possible
1360       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1361
1362       // Check for legality just before making the move
1363       if (!pos.legal(move))
1364       {
1365           moveCount--;
1366           continue;
1367       }
1368
1369       ss->currentMove = move;
1370       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1371
1372       // Make and search the move
1373       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1374       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1375       pos.undo_move(move);
1376
1377       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1378
1379       // Check for a new best move
1380       if (value > bestValue)
1381       {
1382           bestValue = value;
1383
1384           if (value > alpha)
1385           {
1386               bestMove = move;
1387
1388               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1389                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1390
1391               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1392                   alpha = value;
1393               else
1394                   break; // Fail high
1395           }
1396        }
1397     }
1398
1399     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1400     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1401     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1402         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1403
1404     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1405               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1406               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1407               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1408
1409     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1410
1411     return bestValue;
1412   }
1413
1414
1415   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1416   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1417   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1418
1419   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1420
1421     assert(v != VALUE_NONE);
1422
1423     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1424           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1425   }
1426
1427
1428   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1429   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1430   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1431
1432   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1433
1434     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1435           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1436           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1437   }
1438
1439
1440   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1441
1442   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1443
1444     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1445         *pv++ = *childPv++;
1446     *pv = MOVE_NONE;
1447   }
1448
1449
1450   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1451   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1452
1453   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1454
1455     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1456         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1457             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1458   }
1459
1460
1461   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1462
1463   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1464                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1465
1466       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1467       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1468       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1469
1470       if (pos.capture_or_promotion(move))
1471           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1472
1473       // Decrease all the other played capture moves
1474       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1475       {
1476           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1477           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1478           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1479       }
1480   }
1481
1482
1483   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1484
1485   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1486                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1487
1488     if (ss->killers[0] != move)
1489     {
1490         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1491         ss->killers[0] = move;
1492     }
1493
1494     Color us = pos.side_to_move();
1495     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1496     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1497     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1498
1499     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1500     {
1501         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1502         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1503     }
1504
1505     // Decrease all the other played quiet moves
1506     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1507     {
1508         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1509         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1510     }
1511   }
1512
1513   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1514   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1515
1516   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1517
1518     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1519     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1520
1521     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1522     Value topScore = rootMoves[0].score;
1523     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1524     int weakness = 120 - 2 * level;
1525     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1526
1527     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1528     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1529     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1530     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1531     {
1532         // This is our magic formula
1533         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1534                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1535
1536         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1537         {
1538             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1539             best = rootMoves[i].pv[0];
1540         }
1541     }
1542
1543     return best;
1544   }
1545
1546 } // namespace
1547
1548 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1549 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1550
1551 void MainThread::check_time() {
1552
1553   if (--callsCnt > 0)
1554       return;
1555
1556   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1557   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1558
1559   static TimePoint lastInfoTime = now();
1560
1561   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1562   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1563
1564   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1565   {
1566       lastInfoTime = tick;
1567       dbg_print();
1568   }
1569
1570   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1571   if (ponder)
1572       return;
1573
1574   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1575       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1576       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1577       Threads.stop = true;
1578 }
1579
1580
1581 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1582 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1583
1584 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1585
1586   std::stringstream ss;
1587   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1588   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1589   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1590   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1591   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1592   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1593
1594   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1595   {
1596       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1597
1598       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1599           continue;
1600
1601       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1602       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1603
1604       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1605       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1606
1607       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1608           ss << "\n";
1609
1610       ss << "info"
1611          << " depth "    << d / ONE_PLY
1612          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1613          << " multipv "  << i + 1
1614          << " score "    << UCI::value(v);
1615
1616       if (!tb && i == pvIdx)
1617           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1618
1619       ss << " nodes "    << nodesSearched
1620          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1621
1622       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1623           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1624
1625       ss << " tbhits "   << tbHits
1626          << " time "     << elapsed
1627          << " pv";
1628
1629       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1630           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1631   }
1632
1633   return ss.str();
1634 }
1635
1636
1637 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1638 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1639 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1640 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1641
1642 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1643
1644     StateInfo st;
1645     bool ttHit;
1646
1647     assert(pv.size() == 1);
1648
1649     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1650         return false;
1651
1652     pos.do_move(pv[0], st);
1653     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1654
1655     if (ttHit)
1656     {
1657         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1658         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1659             pv.push_back(m);
1660     }
1661
1662     pos.undo_move(pv[0]);
1663     return pv.size() > 1;
1664 }
1665
1666 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1667
1668     RootInTB = false;
1669     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1670     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1671     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1672     bool dtz_available = true;
1673
1674     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1675     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1676     if (Cardinality > MaxCardinality)
1677     {
1678         Cardinality = MaxCardinality;
1679         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1680     }
1681
1682     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1683     {
1684         // Rank moves using DTZ tables
1685         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1686
1687         if (!RootInTB)
1688         {
1689             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1690             dtz_available = false;
1691             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1692         }
1693     }
1694
1695     if (RootInTB)
1696     {
1697         // Sort moves according to TB rank
1698         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1699                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1700
1701         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1702         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1703             Cardinality = 0;
1704     }
1705     else
1706     {
1707         // Assign the same rank to all moves
1708         for (auto& m : rootMoves)
1709             m.tbRank = 0;
1710     }
1711 }