25383aae9d2504801f05e8e82aff4245d3990f61
[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) 2015-2018 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 "thread.h"
35 #include "timeman.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 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
75   constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
76                                          1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
77                                          2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
78                                          3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
79                                          4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
80                                          5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
81                                          6 * PawnValueEg * 930  / 1000
82                                        };
83
84   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
85   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
86   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
87
88   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
89     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
90   }
91
92   // History and stats update bonus, based on depth
93   int stat_bonus(Depth depth) {
94     int d = depth / ONE_PLY;
95     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
96   }
97
98   // Skill structure is used to implement strength limit
99   struct Skill {
100     explicit Skill(int l) : level(l) {}
101     bool enabled() const { return level < 20; }
102     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
103     Move pick_best(size_t multiPV);
104
105     int level;
106     Move best = MOVE_NONE;
107   };
108
109   template <NodeType NT>
110   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
111
112   template <NodeType NT>
113   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
114
115   Value value_to_tt(Value v, int ply);
116   Value value_from_tt(Value v, int ply);
117   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
118   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
119   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
120   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
121
122   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
123     Color us = pos.side_to_move();
124     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
125           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
126           : pos.gives_check(move);
127   }
128
129   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
130   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
131   template<bool Root>
132   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
133
134     StateInfo st;
135     uint64_t cnt, nodes = 0;
136     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
137
138     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
139     {
140         if (Root && depth <= ONE_PLY)
141             cnt = 1, nodes++;
142         else
143         {
144             pos.do_move(m, st);
145             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
146             nodes += cnt;
147             pos.undo_move(m);
148         }
149         if (Root)
150             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
151     }
152     return nodes;
153   }
154
155 } // namespace
156
157
158 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
159
160 void Search::init() {
161
162   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
163       for (int d = 1; d < 64; ++d)
164           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
165           {
166               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
167
168               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
169               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
170
171               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
172               if (!imp && r > 1.0)
173                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
174           }
175
176   for (int d = 0; d < 16; ++d)
177   {
178       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
179       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
180   }
181 }
182
183
184 /// Search::clear() resets search state to its initial value
185
186 void Search::clear() {
187
188   Threads.main()->wait_for_search_finished();
189
190   Time.availableNodes = 0;
191   TT.clear();
192   Threads.clear();
193 }
194
195
196 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
197 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
198
199 void MainThread::search() {
200
201   if (Limits.perft)
202   {
203       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
204       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
205       return;
206   }
207
208   Color us = rootPos.side_to_move();
209   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
210   TT.new_search();
211
212   if (rootMoves.empty())
213   {
214       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
215       sync_cout << "info depth 0 score "
216                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
217                 << sync_endl;
218   }
219   else
220   {
221       for (Thread* th : Threads)
222           if (th != this)
223               th->start_searching();
224
225       Thread::search(); // Let's start searching!
226   }
227
228   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
229   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
230   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
231   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
232   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
233   Threads.stopOnPonderhit = true;
234
235   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
236   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
237
238   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
239   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
240   Threads.stop = true;
241
242   // Wait until all threads have finished
243   for (Thread* th : Threads)
244       if (th != this)
245           th->wait_for_search_finished();
246
247   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
248   // the available ones before exiting.
249   if (Limits.npmsec)
250       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
251
252   // Check if there are threads with a better score than main thread
253   Thread* bestThread = this;
254   if (    Options["MultiPV"] == 1
255       && !Limits.depth
256       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
257       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
258   {
259       for (Thread* th : Threads)
260       {
261           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
262           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
263
264           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
265           if (    scoreDiff > 0
266               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
267               bestThread = th;
268       }
269   }
270
271   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
272
273   // Send again PV info if we have a new best thread
274   if (bestThread != this)
275       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
276
277   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
278
279   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
280       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
281
282   std::cout << sync_endl;
283 }
284
285
286 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
287 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
288 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290 void Thread::search() {
291
292   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
293   Value bestValue, alpha, beta, delta;
294   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
295   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
296   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
297   double timeReduction = 1.0;
298   Color us = rootPos.side_to_move();
299
300   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
301   for (int i = 4; i > 0; i--)
302      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
303
304   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
305   beta = VALUE_INFINITE;
306
307   if (mainThread)
308       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
309
310   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
311   Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
314   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315   if (skill.enabled())
316       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
317
318   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
319
320   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
321
322   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
323   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
324       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
325           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
326           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
327           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
328           : ct;
329
330   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
331   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
332                           : -make_score(ct, ct / 2));
333
334   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
335   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
336          && !Threads.stop
337          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
338   {
339       // Distribute search depths across the helper threads
340       if (idx > 0)
341       {
342           int i = (idx - 1) % 20;
343           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
344               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
345       }
346
347       // Age out PV variability metric
348       if (mainThread)
349           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
350
351       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
352       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
353       for (RootMove& rm : rootMoves)
354           rm.previousScore = rm.score;
355
356       size_t PVFirst = 0;
357       PVLast = 0;
358
359       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
360       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
361       {
362           if (PVIdx == PVLast)
363           {
364               PVFirst = PVLast;
365               for (PVLast++; PVLast < rootMoves.size(); PVLast++)
366                   if (rootMoves[PVLast].TBRank != rootMoves[PVFirst].TBRank)
367                       break;
368           }
369
370           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
371           selDepth = 0;
372
373           // Reset aspiration window starting size
374           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
375           {
376               Value previousScore = rootMoves[PVIdx].previousScore;
377               delta = Value(18);
378               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
379               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
380
381               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
382               int dct = ct + int(std::round(48 * atan(float(previousScore) / 128)));
383
384               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
385                                       : -make_score(dct, dct / 2));
386           }
387
388           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
389           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
390           // high/low anymore.
391           while (true)
392           {
393               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
394
395               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
396               // is done with a stable algorithm because all the values but the
397               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
398               // and we want to keep the same order for all the moves except the
399               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
400               // search the already searched PV lines are preserved.
401               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.begin() + PVLast);
402
403               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
404               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
405               // the previous iteration.
406               if (Threads.stop)
407                   break;
408
409               // When failing high/low give some update (without cluttering
410               // the UI) before a re-search.
411               if (   mainThread
412                   && multiPV == 1
413                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
414                   && Time.elapsed() > 3000)
415                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
416
417               // In case of failing low/high increase aspiration window and
418               // re-search, otherwise exit the loop.
419               if (bestValue <= alpha)
420               {
421                   beta = (alpha + beta) / 2;
422                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
423
424                   if (mainThread)
425                   {
426                       mainThread->failedLow = true;
427                       Threads.stopOnPonderhit = false;
428                   }
429               }
430               else if (bestValue >= beta)
431                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
432               else
433                   break;
434
435               delta += delta / 4 + 5;
436
437               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
438           }
439
440           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
441           std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVFirst, rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
442
443           if (    mainThread
444               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
445               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
446       }
447
448       if (!Threads.stop)
449           completedDepth = rootDepth;
450
451       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
452          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
453          lastBestMoveDepth = rootDepth;
454       }
455
456       // Have we found a "mate in x"?
457       if (   Limits.mate
458           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460           Threads.stop = true;
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       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470       if (    Limits.use_time_management()
471           && !Threads.stop
472           && !Threads.stopOnPonderhit)
473           {
474               const int F[] = { mainThread->failedLow,
475                                 bestValue - mainThread->previousScore };
476
477               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
478
479               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
480               timeReduction = 1.0;
481               for (int i : {3, 4, 5})
482                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
483                      timeReduction *= 1.25;
484
485               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
486               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
487               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
488
489               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
490               if (   rootMoves.size() == 1
491                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
492               {
493                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
494                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
495                   if (Threads.ponder)
496                       Threads.stopOnPonderhit = true;
497                   else
498                       Threads.stop = true;
499               }
500           }
501   }
502
503   if (!mainThread)
504       return;
505
506   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
507
508   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
509   if (skill.enabled())
510       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
511                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
512 }
513
514
515 namespace {
516
517   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
518
519   template <NodeType NT>
520   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
521
522     // Use quiescence search when needed
523     if (depth < ONE_PLY)
524         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
525
526     constexpr bool PvNode = NT == PV;
527     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
528
529     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
530     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
531     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
532     assert(!(PvNode && cutNode));
533     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
534
535     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
536     StateInfo st;
537     TTEntry* tte;
538     Key posKey;
539     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
540     Depth extension, newDepth;
541     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
542     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
543     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
544     Piece movedPiece;
545     int moveCount, captureCount, quietCount;
546
547     // Step 1. Initialize node
548     Thread* thisThread = pos.this_thread();
549     inCheck = pos.checkers();
550     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     maxValue = VALUE_INFINITE;
553
554     // Check for the available remaining time
555     if (thisThread == Threads.main())
556         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
557
558     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
559     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
560         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
561
562     if (!rootNode)
563     {
564         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
565         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
566             || pos.is_draw(ss->ply)
567             || ss->ply >= MAX_PLY)
568             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
569
570         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
571         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
572         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
573         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
574         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
575         // mate. In this case return a fail-high score.
576         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
577         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
578         if (alpha >= beta)
579             return alpha;
580     }
581
582     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
583
584     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
585     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
586     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
587     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
588     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
589
590     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
591     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
592     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
593     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
594     // LMR which are based on the statScore of parent position.
595     (ss+2)->statScore = 0;
596
597     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
598     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
599     // position key in case of an excluded move.
600     excludedMove = ss->excludedMove;
601     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
602     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
603     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
604     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
605             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
606
607     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
608     if (  !PvNode
609         && ttHit
610         && tte->depth() >= depth
611         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
612         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
613                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
614     {
615         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
616         if (ttMove)
617         {
618             if (ttValue >= beta)
619             {
620                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
621                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
622
623                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
624                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
625                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
626             }
627             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
628             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
629             {
630                 int penalty = -stat_bonus(depth);
631                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
632                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
633             }
634         }
635         return ttValue;
636     }
637
638     // Step 5. Tablebases probe
639     if (!rootNode && TB::Cardinality)
640     {
641         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
642
643         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
644             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
645             &&  pos.rule50_count() == 0
646             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
647         {
648             TB::ProbeState err;
649             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
650
651             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
652             {
653                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
654
655                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
656
657                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
658                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
659                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
660
661                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
662                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
663
664                 if (    b == BOUND_EXACT
665                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
666                 {
667                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
668                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
669                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
670
671                     return value;
672                 }
673
674                 if (PvNode)
675                 {
676                     if (b == BOUND_LOWER)
677                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
678                     else
679                         maxValue = value;
680                 }
681             }
682         }
683     }
684
685     // Step 6. Evaluate the position statically
686     if (inCheck)
687     {
688         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
689         improving = false;
690         goto moves_loop;
691     }
692     else if (ttHit)
693     {
694         // Never assume anything on values stored in TT
695         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
696             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
697
698         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
699         if (    ttValue != VALUE_NONE
700             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
701             eval = ttValue;
702     }
703     else
704     {
705         ss->staticEval = eval =
706         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
707                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
708
709         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
710                   ss->staticEval, TT.generation());
711     }
712
713     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
714                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
715
716     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
717         goto moves_loop;
718
719     // Step 7. Razoring (skipped when in check, ~2 Elo)
720     if (  !PvNode
721         && depth < 3 * ONE_PLY
722         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
723     {
724         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
725         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
726         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
727             return v;
728     }
729
730     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check, ~30 Elo)
731     if (   !rootNode
732         &&  depth < 7 * ONE_PLY
733         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
734         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
735         return eval;
736
737     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
738     if (   !PvNode
739         &&  eval >= beta
740         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
741         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
742     {
743         assert(eval - beta >= 0);
744
745         // Null move dynamic reduction based on depth and value
746         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
747
748         ss->currentMove = MOVE_NULL;
749         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
750
751         pos.do_null_move(st);
752
753         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
754
755         pos.undo_null_move();
756
757         if (nullValue >= beta)
758         {
759             // Do not return unproven mate scores
760             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
761                 nullValue = beta;
762
763             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
764                 return nullValue;
765
766             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
767             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
768             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
769             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
770
771             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
772
773             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
774
775             if (v >= beta)
776                 return nullValue;
777         }
778     }
779
780     // Step 10. ProbCut (skipped when in check, ~10 Elo)
781     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
782     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
783     if (   !PvNode
784         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
785         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
786     {
787         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
788
789         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
790         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
791         int probCutCount = 0;
792
793         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
794                && probCutCount < 3)
795             if (pos.legal(move))
796             {
797                 probCutCount++;
798
799                 ss->currentMove = move;
800                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
801
802                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
803
804                 pos.do_move(move, st);
805
806                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
807                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
808
809                 // If the qsearch held perform the regular search
810                 if (value >= rbeta)
811                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
812
813                 pos.undo_move(move);
814
815                 if (value >= rbeta)
816                     return value;
817             }
818     }
819
820     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check, ~2 Elo)
821     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
822         && !ttMove
823         && (PvNode || ss->staticEval + 128 >= beta))
824     {
825         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
826         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
827
828         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
829         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
830         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
831     }
832
833 moves_loop: // When in check, search starts from here
834
835     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
836     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
837
838     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
839     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
840
841     skipQuiets = false;
842     ttCapture = false;
843     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
844
845     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
846     // or a beta cutoff occurs.
847     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
848     {
849       assert(is_ok(move));
850
851       if (move == excludedMove)
852           continue;
853
854       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
855       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
856       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
857       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
858       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
859                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVLast, move))
860           continue;
861
862       ss->moveCount = ++moveCount;
863
864       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
865           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
866                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
867                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
868       if (PvNode)
869           (ss+1)->pv = nullptr;
870
871       extension = DEPTH_ZERO;
872       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
873       movedPiece = pos.moved_piece(move);
874       givesCheck = gives_check(pos, move);
875
876       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
877                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
878
879       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
880
881       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
882       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
883       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
884       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
885       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
886       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
887           &&  move == ttMove
888           && !rootNode
889           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
890           &&  ttValue != VALUE_NONE
891           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
892           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
893           &&  pos.legal(move))
894       {
895           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
896           ss->excludedMove = move;
897           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
898           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
899
900           if (value < rBeta)
901               extension = ONE_PLY;
902       }
903       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
904                && !moveCountPruning
905                &&  pos.see_ge(move))
906           extension = ONE_PLY;
907
908       // Calculate new depth for this move
909       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
910
911       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
912       if (  !rootNode
913           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
914           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
915       {
916           if (   !captureOrPromotion
917               && !givesCheck
918               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
919           {
920               // Move count based pruning (~30 Elo)
921               if (moveCountPruning)
922               {
923                   skipQuiets = true;
924                   continue;
925               }
926
927               // Reduced depth of the next LMR search
928               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
929
930               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
931               if (   lmrDepth < 3
932                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
933                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
934                   continue;
935
936               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
937               if (   lmrDepth < 7
938                   && !inCheck
939                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
940                   continue;
941
942               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
943               if (   lmrDepth < 8
944                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
945                   continue;
946           }
947           else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
948                    && !extension
949                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
950                   continue;
951       }
952
953       // Speculative prefetch as early as possible
954       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
955
956       // Check for legality just before making the move
957       if (!rootNode && !pos.legal(move))
958       {
959           ss->moveCount = --moveCount;
960           continue;
961       }
962
963       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
964           ttCapture = true;
965
966       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
967       ss->currentMove = move;
968       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
969
970       // Step 15. Make the move
971       pos.do_move(move, st, givesCheck);
972
973       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
974       // re-searched at full depth.
975       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
976           &&  moveCount > 1
977           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
978       {
979           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
980
981           if (captureOrPromotion)
982               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
983           else
984           {
985               // Decrease reduction if opponent's move count is high
986               if ((ss-1)->moveCount > 15)
987                   r -= ONE_PLY;
988
989               // Decrease reduction for exact PV nodes
990               if (pvExact)
991                   r -= ONE_PLY;
992
993               // Increase reduction if ttMove is a capture
994               if (ttCapture)
995                   r += ONE_PLY;
996
997               // Increase reduction for cut nodes
998               if (cutNode)
999                   r += 2 * ONE_PLY;
1000
1001               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1002               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1003               // hence break make_move().
1004               else if (    type_of(move) == NORMAL
1005                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1006                   r -= 2 * ONE_PLY;
1007
1008               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
1009                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1010                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1011                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1012                              - 4000;
1013
1014               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1015               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1016                   r -= ONE_PLY;
1017
1018               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1019                   r += ONE_PLY;
1020
1021               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1022               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1023           }
1024
1025           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1026
1027           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1028
1029           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1030       }
1031       else
1032           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1033
1034       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1035       if (doFullDepthSearch)
1036           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1037
1038       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1039       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1040       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1041       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1042       {
1043           (ss+1)->pv = pv;
1044           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1045
1046           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1047       }
1048
1049       // Step 18. Undo move
1050       pos.undo_move(move);
1051
1052       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1053
1054       // Step 19. Check for a new best move
1055       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1056       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1057       // updating best move, PV and TT.
1058       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1059           return VALUE_ZERO;
1060
1061       if (rootNode)
1062       {
1063           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1064                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1065
1066           // PV move or new best move?
1067           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1068           {
1069               rm.score = value;
1070               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1071               rm.pv.resize(1);
1072
1073               assert((ss+1)->pv);
1074
1075               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1076                   rm.pv.push_back(*m);
1077
1078               // We record how often the best move has been changed in each
1079               // iteration. This information is used for time management: When
1080               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1081               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1082                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1083           }
1084           else
1085               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1086               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1087               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1088               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1089       }
1090
1091       if (value > bestValue)
1092       {
1093           bestValue = value;
1094
1095           if (value > alpha)
1096           {
1097               bestMove = move;
1098
1099               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1100                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1101
1102               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1103                   alpha = value;
1104               else
1105               {
1106                   assert(value >= beta); // Fail high
1107                   ss->statScore = std::max(ss->statScore, 0);
1108                   break;
1109               }
1110           }
1111       }
1112
1113       if (move != bestMove)
1114       {
1115           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1116               capturesSearched[captureCount++] = move;
1117
1118           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1119               quietsSearched[quietCount++] = move;
1120       }
1121     }
1122
1123     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1124     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1125     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1126     /*
1127        if (Threads.stop)
1128         return VALUE_DRAW;
1129     */
1130
1131     // Step 20. Check for mate and stalemate
1132     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1133     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1134     // return a fail low score.
1135
1136     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1137
1138     if (!moveCount)
1139         bestValue = excludedMove ? alpha
1140                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1141     else if (bestMove)
1142     {
1143         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1144         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1145             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1146         else
1147             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1148
1149         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1150         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1151             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1152     }
1153     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1154     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1155              && !pos.captured_piece()
1156              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1157         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1158
1159     if (PvNode)
1160         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1161
1162     if (!excludedMove)
1163         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1164                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1165                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1166                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1167
1168     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1169
1170     return bestValue;
1171   }
1172
1173
1174   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1175   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1176   template <NodeType NT>
1177   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1178
1179     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1180
1181     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1182     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1183     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1184     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1185
1186     Move pv[MAX_PLY+1];
1187     StateInfo st;
1188     TTEntry* tte;
1189     Key posKey;
1190     Move ttMove, move, bestMove;
1191     Depth ttDepth;
1192     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1193     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1194     int moveCount;
1195
1196     if (PvNode)
1197     {
1198         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1199         (ss+1)->pv = pv;
1200         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1201     }
1202
1203     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1204     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1205     inCheck = pos.checkers();
1206     moveCount = 0;
1207
1208     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1209     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1210         || ss->ply >= MAX_PLY)
1211         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1212
1213     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1214
1215     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1216     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1217     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1218     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1219                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1220     // Transposition table lookup
1221     posKey = pos.key();
1222     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1223     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1224     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1225
1226     if (  !PvNode
1227         && ttHit
1228         && tte->depth() >= ttDepth
1229         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1230         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1231                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1232         return ttValue;
1233
1234     // Evaluate the position statically
1235     if (inCheck)
1236     {
1237         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1238         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1239     }
1240     else
1241     {
1242         if (ttHit)
1243         {
1244             // Never assume anything on values stored in TT
1245             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1246                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1247
1248             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1249             if (   ttValue != VALUE_NONE
1250                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1251                 bestValue = ttValue;
1252         }
1253         else
1254             ss->staticEval = bestValue =
1255             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1256                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1257
1258         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1259         if (bestValue >= beta)
1260         {
1261             if (!ttHit)
1262                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1263                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1264
1265             return bestValue;
1266         }
1267
1268         if (PvNode && bestValue > alpha)
1269             alpha = bestValue;
1270
1271         futilityBase = bestValue + 128;
1272     }
1273
1274     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1275     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1276     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1277     // be generated.
1278     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1279
1280     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1281     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1282     {
1283       assert(is_ok(move));
1284
1285       givesCheck = gives_check(pos, move);
1286
1287       moveCount++;
1288
1289       // Futility pruning
1290       if (   !inCheck
1291           && !givesCheck
1292           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1293           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1294       {
1295           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1296
1297           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1298
1299           if (futilityValue <= alpha)
1300           {
1301               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1302               continue;
1303           }
1304
1305           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1306           {
1307               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1308               continue;
1309           }
1310       }
1311
1312       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1313       evasionPrunable =    inCheck
1314                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1315                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1316                        && !pos.capture(move);
1317
1318       // Don't search moves with negative SEE values
1319       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1320           && !pos.see_ge(move))
1321           continue;
1322
1323       // Speculative prefetch as early as possible
1324       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1325
1326       // Check for legality just before making the move
1327       if (!pos.legal(move))
1328       {
1329           moveCount--;
1330           continue;
1331       }
1332
1333       ss->currentMove = move;
1334
1335       // Make and search the move
1336       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1337       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1338       pos.undo_move(move);
1339
1340       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1341
1342       // Check for a new best move
1343       if (value > bestValue)
1344       {
1345           bestValue = value;
1346
1347           if (value > alpha)
1348           {
1349               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1350                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1351
1352               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1353               {
1354                   alpha = value;
1355                   bestMove = move;
1356               }
1357               else // Fail high
1358               {
1359                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1360                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1361
1362                   return value;
1363               }
1364           }
1365        }
1366     }
1367
1368     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1369     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1370     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1371         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1372
1373     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1374               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1375               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1376
1377     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1378
1379     return bestValue;
1380   }
1381
1382
1383   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1384   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1385   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1386
1387   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1388
1389     assert(v != VALUE_NONE);
1390
1391     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1392           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1393   }
1394
1395
1396   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1397   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1398   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1399
1400   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1401
1402     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1403           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1409
1410   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1411
1412     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1413         *pv++ = *childPv++;
1414     *pv = MOVE_NONE;
1415   }
1416
1417
1418   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1419   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1420
1421   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1422
1423     for (int i : {1, 2, 4})
1424         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1425             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1426   }
1427
1428
1429   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1430
1431   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1432                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1433
1434       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1435       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1436       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1437       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1438
1439       // Decrease all the other played capture moves
1440       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1441       {
1442           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1443           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1444           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1445       }
1446   }
1447
1448
1449   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1450
1451   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1452                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1453
1454     if (ss->killers[0] != move)
1455     {
1456         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1457         ss->killers[0] = move;
1458     }
1459
1460     Color us = pos.side_to_move();
1461     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1462     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1463     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1464
1465     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1466     {
1467         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1468         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1469     }
1470
1471     // Decrease all the other played quiet moves
1472     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1473     {
1474         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1475         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1476     }
1477   }
1478
1479   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1480   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1481
1482   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1483
1484     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1485     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1486
1487     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1488     Value topScore = rootMoves[0].score;
1489     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1490     int weakness = 120 - 2 * level;
1491     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1492
1493     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1494     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1495     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1496     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1497     {
1498         // This is our magic formula
1499         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1500                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1501
1502         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1503         {
1504             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1505             best = rootMoves[i].pv[0];
1506         }
1507     }
1508
1509     return best;
1510   }
1511
1512 } // namespace
1513
1514 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1515 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1516
1517 void MainThread::check_time() {
1518
1519   if (--callsCnt > 0)
1520       return;
1521
1522   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1523   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1524
1525   static TimePoint lastInfoTime = now();
1526
1527   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1528   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1529
1530   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1531   {
1532       lastInfoTime = tick;
1533       dbg_print();
1534   }
1535
1536   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1537   if (Threads.ponder)
1538       return;
1539
1540   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1541       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1542       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1543       Threads.stop = true;
1544 }
1545
1546
1547 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1548 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1549
1550 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1551
1552   std::stringstream ss;
1553   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1554   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1555   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1556   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1557   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1558   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1559
1560   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1561   {
1562       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1563
1564       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1565           continue;
1566
1567       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1568       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1569
1570       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1571       v = tb ? rootMoves[i].TBScore : v;
1572
1573       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1574           ss << "\n";
1575
1576       ss << "info"
1577          << " depth "    << d / ONE_PLY
1578          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1579          << " multipv "  << i + 1
1580          << " score "    << UCI::value(v);
1581
1582       if (!tb && i == PVIdx)
1583           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1584
1585       ss << " nodes "    << nodesSearched
1586          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1587
1588       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1589           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1590
1591       ss << " tbhits "   << tbHits
1592          << " time "     << elapsed
1593          << " pv";
1594
1595       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1596           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1597   }
1598
1599   return ss.str();
1600 }
1601
1602
1603 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1604 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1605 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1606 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1607
1608 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1609
1610     StateInfo st;
1611     bool ttHit;
1612
1613     assert(pv.size() == 1);
1614
1615     if (!pv[0])
1616         return false;
1617
1618     pos.do_move(pv[0], st);
1619     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1620
1621     if (ttHit)
1622     {
1623         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1624         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1625             pv.push_back(m);
1626     }
1627
1628     pos.undo_move(pv[0]);
1629     return pv.size() > 1;
1630 }
1631
1632 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1633
1634     RootInTB = false;
1635     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1636     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1637     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1638     bool dtz_available = true;
1639
1640     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1641     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1642     if (Cardinality > MaxCardinality)
1643     {
1644         Cardinality = MaxCardinality;
1645         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1646     }
1647
1648     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1649     {
1650         // Rank moves using DTZ tables
1651         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1652
1653         if (!RootInTB)
1654         {
1655             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1656             dtz_available = false;
1657             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1658         }
1659     }
1660
1661     if (RootInTB)
1662     {
1663         // Sort moves according to TB rank
1664         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1665                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.TBRank > b.TBRank; } );
1666
1667         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1668         if (dtz_available || rootMoves[0].TBScore <= VALUE_DRAW)
1669             Cardinality = 0;
1670     }
1671     else
1672     {
1673         // Assign the same rank to all moves
1674         for (auto& m : rootMoves)
1675             m.TBRank = 0;
1676     }
1677 }