30f77bd9af80c10155af469acf9afce9ff86304e
[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 "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   const int RazorMargin1 = 590;
71   const int RazorMargin2 = 604;
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
101
102   template <NodeType NT, bool InCheck>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111
112   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
113     Color us = pos.side_to_move();
114     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
115           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
116           : pos.gives_check(move);
117   }
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
153       for (int d = 1; d < 64; ++d)
154           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
155           {
156               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
157
158               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
159               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
160
161               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
162               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
163                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
164           }
165
166   for (int d = 0; d < 16; ++d)
167   {
168       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
169       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
170   }
171 }
172
173
174 /// Search::clear() resets search state to its initial value
175
176 void Search::clear() {
177
178   Threads.main()->wait_for_search_finished();
179
180   Time.availableNodes = 0;
181   TT.clear();
182   Threads.clear();
183 }
184
185
186 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
187 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
188
189 void MainThread::search() {
190
191   if (Limits.perft)
192   {
193       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
194       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
195       return;
196   }
197
198   Color us = rootPos.side_to_move();
199   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
200   TT.new_search();
201
202   if (rootMoves.empty())
203   {
204       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
205       sync_cout << "info depth 0 score "
206                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
207                 << sync_endl;
208   }
209   else
210   {
211       for (Thread* th : Threads)
212           if (th != this)
213               th->start_searching();
214
215       Thread::search(); // Let's start searching!
216   }
217
218   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
219   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
220   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
221   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
222   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
223   Threads.stopOnPonderhit = true;
224
225   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
226   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
227
228   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
229   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
230   Threads.stop = true;
231
232   // Wait until all threads have finished
233   for (Thread* th : Threads)
234       if (th != this)
235           th->wait_for_search_finished();
236
237   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
238   // the available ones before exiting.
239   if (Limits.npmsec)
240       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
241
242   // Check if there are threads with a better score than main thread
243   Thread* bestThread = this;
244   if (    Options["MultiPV"] == 1
245       && !Limits.depth
246       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
247       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
248   {
249       for (Thread* th : Threads)
250       {
251           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
252           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
253
254           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
255           if (    scoreDiff > 0
256               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
257               bestThread = th;
258       }
259   }
260
261   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
262
263   // Send again PV info if we have a new best thread
264   if (bestThread != this)
265       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
266
267   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
268
269   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
270       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
271
272   std::cout << sync_endl;
273 }
274
275
276 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
277 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
278 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
279
280 void Thread::search() {
281
282   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
283   Value bestValue, alpha, beta, delta;
284   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
285   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
286   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
287   double timeReduction = 1.0;
288   Color us = rootPos.side_to_move();
289
290   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
291   for (int i = 4; i > 0; i--)
292      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
293
294   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295   beta = VALUE_INFINITE;
296
297   if (mainThread)
298       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
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 = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
312                                 : -make_score(ct, ct / 2));
313
314   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
315   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
316          && !Threads.stop
317          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
318   {
319       // Distribute search depths across the helper threads
320       if (idx > 0)
321       {
322           int i = (idx - 1) % 20;
323           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
324               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
325       }
326
327       // Age out PV variability metric
328       if (mainThread)
329           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
330
331       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
332       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
333       for (RootMove& rm : rootMoves)
334           rm.previousScore = rm.score;
335
336       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
337       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
338       {
339           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
340           selDepth = 0;
341
342           // Reset aspiration window starting size
343           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
344           {
345               delta = Value(18);
346               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
347               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
348
349               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
350
351               // Adjust contempt based on current bestValue (dynamic contempt)
352               int sign = (bestValue > 0) - (bestValue < 0);
353               ct +=  bestValue >  500 ?  70 :
354                      bestValue < -500 ? -70 :
355                      bestValue / 10 + sign * int(std::round(3.22 * log(1 + abs(bestValue))));
356
357               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
358                                             : -make_score(ct, ct / 2));
359           }
360
361           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
362           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
363           // high/low anymore.
364           while (true)
365           {
366               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
367
368               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
369               // is done with a stable algorithm because all the values but the
370               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
371               // and we want to keep the same order for all the moves except the
372               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
373               // search the already searched PV lines are preserved.
374               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
375
376               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
377               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
378               // the previous iteration.
379               if (Threads.stop)
380                   break;
381
382               // When failing high/low give some update (without cluttering
383               // the UI) before a re-search.
384               if (   mainThread
385                   && multiPV == 1
386                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
387                   && Time.elapsed() > 3000)
388                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
389
390               // In case of failing low/high increase aspiration window and
391               // re-search, otherwise exit the loop.
392               if (bestValue <= alpha)
393               {
394                   beta = (alpha + beta) / 2;
395                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
396
397                   if (mainThread)
398                   {
399                       mainThread->failedLow = true;
400                       Threads.stopOnPonderhit = false;
401                   }
402               }
403               else if (bestValue >= beta)
404                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
405               else
406                   break;
407
408               delta += delta / 4 + 5;
409
410               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
411           }
412
413           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
414           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
415
416           if (    mainThread
417               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
418               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
419       }
420
421       if (!Threads.stop)
422           completedDepth = rootDepth;
423
424       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
425          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
426          lastBestMoveDepth = rootDepth;
427       }
428
429       // Have we found a "mate in x"?
430       if (   Limits.mate
431           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
432           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
433           Threads.stop = true;
434
435       if (!mainThread)
436           continue;
437
438       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
439       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
440           skill.pick_best(multiPV);
441
442       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
443       if (    Limits.use_time_management()
444           && !Threads.stop
445           && !Threads.stopOnPonderhit)
446           {
447               const int F[] = { mainThread->failedLow,
448                                 bestValue - mainThread->previousScore };
449
450               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
451
452               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
453               timeReduction = 1.0;
454               for (int i : {3, 4, 5})
455                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
456                      timeReduction *= 1.25;
457
458               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
459               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
460               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
461
462               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
463               if (   rootMoves.size() == 1
464                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 581)
465               {
466                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
467                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
468                   if (Threads.ponder)
469                       Threads.stopOnPonderhit = true;
470                   else
471                       Threads.stop = true;
472               }
473           }
474   }
475
476   if (!mainThread)
477       return;
478
479   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
480
481   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
482   if (skill.enabled())
483       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
484                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
485 }
486
487
488 namespace {
489
490   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
491
492   template <NodeType NT>
493   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
494
495     const bool PvNode = NT == PV;
496     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
497
498     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
499     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
500     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
501     assert(!(PvNode && cutNode));
502     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
503
504     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
505     StateInfo st;
506     TTEntry* tte;
507     Key posKey;
508     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
509     Depth extension, newDepth;
510     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
511     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
512     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
513     Piece movedPiece;
514     int moveCount, captureCount, quietCount;
515
516     // Step 1. Initialize node
517     Thread* thisThread = pos.this_thread();
518     inCheck = pos.checkers();
519     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
520     bestValue = -VALUE_INFINITE;
521     maxValue = VALUE_INFINITE;
522
523     // Check for the available remaining time
524     if (thisThread == Threads.main())
525         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
526
527     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
528     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
529         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
530
531     if (!rootNode)
532     {
533         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
534         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
535             || pos.is_draw(ss->ply)
536             || ss->ply >= MAX_PLY)
537             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
538
539         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
540         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
541         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
542         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
543         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
544         // mate. In this case return a fail-high score.
545         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
546         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
547         if (alpha >= beta)
548             return alpha;
549     }
550
551     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
552
553     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
554     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
555     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
556     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
557     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
558
559     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
560     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
561     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
562     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
563     // LMR which are based on the statScore of parent position.
564     (ss+2)->statScore = 0;
565
566     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
567     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
568     // position key in case of an excluded move.
569     excludedMove = ss->excludedMove;
570     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
571     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
572     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
573     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
574             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
575
576     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
577     if (  !PvNode
578         && ttHit
579         && tte->depth() >= depth
580         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
581         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
582                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
583     {
584         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
585         if (ttMove)
586         {
587             if (ttValue >= beta)
588             {
589                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
590                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
591
592                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
593                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
594                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
595             }
596             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
597             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
598             {
599                 int penalty = -stat_bonus(depth);
600                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
601                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
602             }
603         }
604         return ttValue;
605     }
606
607     // Step 5. Tablebases probe
608     if (!rootNode && TB::Cardinality)
609     {
610         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
611
612         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
613             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
614             &&  pos.rule50_count() == 0
615             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
616         {
617             TB::ProbeState err;
618             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
619
620             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
621             {
622                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
623
624                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
625
626                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
627                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
628                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
629
630                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
631                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
632
633                 if (    b == BOUND_EXACT
634                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
635                 {
636                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
637                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
638                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
639
640                     return value;
641                 }
642
643                 if (PvNode)
644                 {
645                     if (b == BOUND_LOWER)
646                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
647                     else
648                         maxValue = value;
649                 }
650             }
651         }
652     }
653
654     // Step 6. Evaluate the position statically
655     if (inCheck)
656     {
657         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
658         goto moves_loop;
659     }
660     else if (ttHit)
661     {
662         // Never assume anything on values stored in TT
663         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
664             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
665
666         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
667         if (    ttValue != VALUE_NONE
668             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
669             eval = ttValue;
670     }
671     else
672     {
673         ss->staticEval = eval =
674         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
675                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
676
677         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
678                   ss->staticEval, TT.generation());
679     }
680
681     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
682         goto moves_loop;
683
684     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
685     if (  !PvNode
686         && depth <= 2 * ONE_PLY)
687     {
688         if (   depth == ONE_PLY
689             && eval + RazorMargin1 <= alpha)
690             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
691
692         else if (eval + RazorMargin2 <= alpha)
693         {
694             Value ralpha = alpha - RazorMargin2;
695             Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
696
697             if (v <= ralpha)
698                 return v;
699         }
700     }
701
702     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
703     if (   !rootNode
704         &&  depth < 7 * ONE_PLY
705         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
706         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
707         return eval;
708
709     // Step 9. Null move search with verification search
710     if (   !PvNode
711         &&  eval >= beta
712         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
713         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
714     {
715         assert(eval - beta >= 0);
716
717         // Null move dynamic reduction based on depth and value
718         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
719
720         ss->currentMove = MOVE_NULL;
721         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
722
723         pos.do_null_move(st);
724         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
725                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
726         pos.undo_null_move();
727
728         if (nullValue >= beta)
729         {
730             // Do not return unproven mate scores
731             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732                 nullValue = beta;
733
734             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
735                 return nullValue;
736
737             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
738             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
739             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
740             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
741
742             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
743                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
744
745             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
746
747             if (v >= beta)
748                 return nullValue;
749         }
750     }
751
752     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
753     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
754     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
755     if (   !PvNode
756         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
757         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
758     {
759         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
760
761         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
762         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
763         int probCutCount = 0;
764
765         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
766                && probCutCount < depth / ONE_PLY - 3)
767             if (pos.legal(move))
768             {
769                 probCutCount++;
770
771                 ss->currentMove = move;
772                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
773
774                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
775
776                 pos.do_move(move, st);
777
778                 // Perform a preliminary search at depth 1 to verify that the move holds.
779                 // We will only do this search if the depth is not 5, thus avoiding two
780                 // searches at depth 1 in a row.
781                 if (depth != 5 * ONE_PLY)
782                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, ONE_PLY, !cutNode, true);
783
784                 // If the first search was skipped or was performed and held, perform
785                 // the regular search.
786                 if (depth == 5 * ONE_PLY || value >= rbeta)
787                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
788
789                 pos.undo_move(move);
790
791                 if (value >= rbeta)
792                     return value;
793             }
794     }
795
796     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
797     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
798         && !ttMove
799         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
800     {
801         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
802         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
803
804         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
805         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
806         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
807     }
808
809 moves_loop: // When in check, search starts from here
810
811     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
812     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
813
814     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
815     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
816     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
817             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
818                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
819
820     singularExtensionNode =   !rootNode
821                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
822                            &&  ttMove != MOVE_NONE
823                            &&  ttValue != VALUE_NONE
824                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
825                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
826                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
827     skipQuiets = false;
828     ttCapture = false;
829     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
830
831     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
832     // or a beta cutoff occurs.
833     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
834     {
835       assert(is_ok(move));
836
837       if (move == excludedMove)
838           continue;
839
840       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
841       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
842       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
843       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
844                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
845           continue;
846
847       ss->moveCount = ++moveCount;
848
849       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
850           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
851                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
852                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
853       if (PvNode)
854           (ss+1)->pv = nullptr;
855
856       extension = DEPTH_ZERO;
857       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
858       movedPiece = pos.moved_piece(move);
859       givesCheck = gives_check(pos, move);
860
861       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
862                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
863
864       // Step 13. Extensions
865
866       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
867       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
868       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
869       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
870       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
871       if (    singularExtensionNode
872           &&  move == ttMove
873           &&  pos.legal(move))
874       {
875           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
876           ss->excludedMove = move;
877           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
878           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
879
880           if (value < rBeta)
881               extension = ONE_PLY;
882       }
883       else if (    givesCheck // Check extension
884                && !moveCountPruning
885                &&  pos.see_ge(move))
886           extension = ONE_PLY;
887
888       // Calculate new depth for this move
889       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
890
891       // Step 14. Pruning at shallow depth
892       if (  !rootNode
893           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
894           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
895       {
896           if (   !captureOrPromotion
897               && !givesCheck
898               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
899           {
900               // Move count based pruning
901               if (moveCountPruning)
902               {
903                   skipQuiets = true;
904                   continue;
905               }
906
907               // Reduced depth of the next LMR search
908               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
909
910               // Countermoves based pruning
911               if (   lmrDepth < 3
912                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
913                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
914                   continue;
915
916               // Futility pruning: parent node
917               if (   lmrDepth < 7
918                   && !inCheck
919                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
920                   continue;
921
922               // Prune moves with negative SEE
923               if (   lmrDepth < 8
924                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
925                   continue;
926           }
927           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
928                    && !extension
929                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
930                   continue;
931       }
932
933       // Speculative prefetch as early as possible
934       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
935
936       // Check for legality just before making the move
937       if (!rootNode && !pos.legal(move))
938       {
939           ss->moveCount = --moveCount;
940           continue;
941       }
942
943       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
944           ttCapture = true;
945
946       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
947       ss->currentMove = move;
948       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
949
950       // Step 15. Make the move
951       pos.do_move(move, st, givesCheck);
952
953       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
954       // re-searched at full depth.
955       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
956           &&  moveCount > 1
957           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
958       {
959           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
960
961           if (captureOrPromotion)
962               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
963           else
964           {
965               // Decrease reduction if opponent's move count is high
966               if ((ss-1)->moveCount > 15)
967                   r -= ONE_PLY;
968
969               // Decrease reduction for exact PV nodes
970               if (pvExact)
971                   r -= ONE_PLY;
972
973               // Increase reduction if ttMove is a capture
974               if (ttCapture)
975                   r += ONE_PLY;
976
977               // Increase reduction for cut nodes
978               if (cutNode)
979                   r += 2 * ONE_PLY;
980
981               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
982               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
983               // hence break make_move().
984               else if (    type_of(move) == NORMAL
985                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
986                   r -= 2 * ONE_PLY;
987
988               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
989                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
990                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
991                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
992                              - 4000;
993
994               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
995               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
996                   r -= ONE_PLY;
997
998               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
999                   r += ONE_PLY;
1000
1001               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1002               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1003           }
1004
1005           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1006
1007           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1008
1009           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1010       }
1011       else
1012           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1013
1014       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1015       if (doFullDepthSearch)
1016           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1017                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1018                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1019                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1020
1021       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1022       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1023       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1024       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1025       {
1026           (ss+1)->pv = pv;
1027           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1028
1029           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1030                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1031                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1032                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1033       }
1034
1035       // Step 18. Undo move
1036       pos.undo_move(move);
1037
1038       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1039
1040       // Step 19. Check for a new best move
1041       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1042       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1043       // updating best move, PV and TT.
1044       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1045           return VALUE_ZERO;
1046
1047       if (rootNode)
1048       {
1049           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1050                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1051
1052           // PV move or new best move?
1053           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1054           {
1055               rm.score = value;
1056               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1057               rm.pv.resize(1);
1058
1059               assert((ss+1)->pv);
1060
1061               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1062                   rm.pv.push_back(*m);
1063
1064               // We record how often the best move has been changed in each
1065               // iteration. This information is used for time management: When
1066               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1067               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1068                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1069           }
1070           else
1071               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1072               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1073               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1074               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1075       }
1076
1077       if (value > bestValue)
1078       {
1079           bestValue = value;
1080
1081           if (value > alpha)
1082           {
1083               bestMove = move;
1084
1085               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1086                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1087
1088               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1089                   alpha = value;
1090               else
1091               {
1092                   assert(value >= beta); // Fail high
1093                   break;
1094               }
1095           }
1096       }
1097
1098       if (move != bestMove)
1099       {
1100           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1101               capturesSearched[captureCount++] = move;
1102
1103           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1104               quietsSearched[quietCount++] = move;
1105       }
1106     }
1107
1108     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1109     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1110     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1111     /*
1112        if (Threads.stop)
1113         return VALUE_DRAW;
1114     */
1115
1116     // Step 20. Check for mate and stalemate
1117     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1118     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1119     // return a fail low score.
1120
1121     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1122
1123     if (!moveCount)
1124         bestValue = excludedMove ? alpha
1125                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1126     else if (bestMove)
1127     {
1128         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1129         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1130             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1131         else
1132             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1133
1134         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1135         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1136             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1137     }
1138     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1139     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1140              && !pos.captured_piece()
1141              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1142         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1143
1144     if (PvNode)
1145         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1146
1147     if (!excludedMove)
1148         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1149                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1150                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1151                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1152
1153     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1154
1155     return bestValue;
1156   }
1157
1158
1159   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1160   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1161
1162   template <NodeType NT, bool InCheck>
1163   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1164
1165     const bool PvNode = NT == PV;
1166
1167     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1168     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1169     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1170     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1171     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1172
1173     Move pv[MAX_PLY+1];
1174     StateInfo st;
1175     TTEntry* tte;
1176     Key posKey;
1177     Move ttMove, move, bestMove;
1178     Depth ttDepth;
1179     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1180     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1181     int moveCount;
1182
1183     if (PvNode)
1184     {
1185         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1186         (ss+1)->pv = pv;
1187         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1188     }
1189
1190     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1191     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1192     moveCount = 0;
1193
1194     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1195     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1196         || ss->ply >= MAX_PLY)
1197         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1198
1199     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1200
1201     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1202     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1203     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1204     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1205                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1206     // Transposition table lookup
1207     posKey = pos.key();
1208     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1209     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1210     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1211
1212     if (  !PvNode
1213         && ttHit
1214         && tte->depth() >= ttDepth
1215         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1216         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1217                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1218         return ttValue;
1219
1220     // Evaluate the position statically
1221     if (InCheck)
1222     {
1223         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1224         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1225     }
1226     else
1227     {
1228         if (ttHit)
1229         {
1230             // Never assume anything on values stored in TT
1231             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1232                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1233
1234             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1235             if (   ttValue != VALUE_NONE
1236                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1237                 bestValue = ttValue;
1238         }
1239         else
1240             ss->staticEval = bestValue =
1241             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1242                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1243
1244         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1245         if (bestValue >= beta)
1246         {
1247             if (!ttHit)
1248                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1249                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1250
1251             return bestValue;
1252         }
1253
1254         if (PvNode && bestValue > alpha)
1255             alpha = bestValue;
1256
1257         futilityBase = bestValue + 128;
1258     }
1259
1260     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1261     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1262     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1263     // be generated.
1264     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1265
1266     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1267     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1268     {
1269       assert(is_ok(move));
1270
1271       givesCheck = gives_check(pos, move);
1272
1273       moveCount++;
1274
1275       // Futility pruning
1276       if (   !InCheck
1277           && !givesCheck
1278           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1279           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1280       {
1281           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1282
1283           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1284
1285           if (futilityValue <= alpha)
1286           {
1287               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1288               continue;
1289           }
1290
1291           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1292           {
1293               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1294               continue;
1295           }
1296       }
1297
1298       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1299       evasionPrunable =    InCheck
1300                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1301                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1302                        && !pos.capture(move);
1303
1304       // Don't search moves with negative SEE values
1305       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1306           && !pos.see_ge(move))
1307           continue;
1308
1309       // Speculative prefetch as early as possible
1310       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1311
1312       // Check for legality just before making the move
1313       if (!pos.legal(move))
1314       {
1315           moveCount--;
1316           continue;
1317       }
1318
1319       ss->currentMove = move;
1320
1321       // Make and search the move
1322       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1323       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1324                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1325       pos.undo_move(move);
1326
1327       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1328
1329       // Check for a new best move
1330       if (value > bestValue)
1331       {
1332           bestValue = value;
1333
1334           if (value > alpha)
1335           {
1336               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1337                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1338
1339               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1340               {
1341                   alpha = value;
1342                   bestMove = move;
1343               }
1344               else // Fail high
1345               {
1346                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1347                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1348
1349                   return value;
1350               }
1351           }
1352        }
1353     }
1354
1355     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1356     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1357     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1358         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1359
1360     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1361               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1362               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1363
1364     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1365
1366     return bestValue;
1367   }
1368
1369
1370   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1371   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1372   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1373
1374   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1375
1376     assert(v != VALUE_NONE);
1377
1378     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1379           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1380   }
1381
1382
1383   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1384   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1385   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1386
1387   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1388
1389     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1390           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1391           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1392   }
1393
1394
1395   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1396
1397   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1398
1399     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1400         *pv++ = *childPv++;
1401     *pv = MOVE_NONE;
1402   }
1403
1404
1405   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1406   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1407
1408   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1409
1410     for (int i : {1, 2, 4})
1411         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1412             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1413   }
1414
1415
1416   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1417
1418   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1419                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1420
1421       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1422       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1423       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1424       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1425
1426       // Decrease all the other played capture moves
1427       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1428       {
1429           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1430           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1431           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1432       }
1433   }
1434
1435
1436   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1437
1438   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1439                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1440
1441     if (ss->killers[0] != move)
1442     {
1443         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1444         ss->killers[0] = move;
1445     }
1446
1447     Color us = pos.side_to_move();
1448     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1449     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1450     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1451
1452     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1453     {
1454         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1455         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1456     }
1457
1458     // Decrease all the other played quiet moves
1459     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1460     {
1461         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1462         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1463     }
1464   }
1465
1466   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1467   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1468
1469   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1470
1471     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1472     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1473
1474     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1475     Value topScore = rootMoves[0].score;
1476     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1477     int weakness = 120 - 2 * level;
1478     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1479
1480     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1481     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1482     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1483     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1484     {
1485         // This is our magic formula
1486         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1487                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1488
1489         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1490         {
1491             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1492             best = rootMoves[i].pv[0];
1493         }
1494     }
1495
1496     return best;
1497   }
1498
1499 } // namespace
1500
1501 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1502 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1503
1504 void MainThread::check_time() {
1505
1506   if (--callsCnt > 0)
1507       return;
1508
1509   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1510   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1511
1512   static TimePoint lastInfoTime = now();
1513
1514   int elapsed = Time.elapsed();
1515   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1516
1517   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1518   {
1519       lastInfoTime = tick;
1520       dbg_print();
1521   }
1522
1523   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1524   if (Threads.ponder)
1525       return;
1526
1527   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1528       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1529       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1530       Threads.stop = true;
1531 }
1532
1533
1534 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1535 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1536
1537 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1538
1539   std::stringstream ss;
1540   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1541   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1542   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1543   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1544   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1545   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1546
1547   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1548   {
1549       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1550
1551       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1552           continue;
1553
1554       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1555       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1556
1557       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1558       v = tb ? TB::Score : v;
1559
1560       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1561           ss << "\n";
1562
1563       ss << "info"
1564          << " depth "    << d / ONE_PLY
1565          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1566          << " multipv "  << i + 1
1567          << " score "    << UCI::value(v);
1568
1569       if (!tb && i == PVIdx)
1570           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1571
1572       ss << " nodes "    << nodesSearched
1573          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1574
1575       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1576           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1577
1578       ss << " tbhits "   << tbHits
1579          << " time "     << elapsed
1580          << " pv";
1581
1582       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1583           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1584   }
1585
1586   return ss.str();
1587 }
1588
1589
1590 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1591 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1592 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1593 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1594
1595 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1596
1597     StateInfo st;
1598     bool ttHit;
1599
1600     assert(pv.size() == 1);
1601
1602     if (!pv[0])
1603         return false;
1604
1605     pos.do_move(pv[0], st);
1606     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1607
1608     if (ttHit)
1609     {
1610         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1611         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1612             pv.push_back(m);
1613     }
1614
1615     pos.undo_move(pv[0]);
1616     return pv.size() > 1;
1617 }
1618
1619
1620 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1621
1622     RootInTB = false;
1623     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1624     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1625     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1626
1627     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1628     if (Cardinality > MaxCardinality)
1629     {
1630         Cardinality = MaxCardinality;
1631         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1632     }
1633
1634     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1635         return;
1636
1637     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1638     if (Options["MultiPV"] != 1)
1639         return;
1640
1641     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1642     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1643     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1644
1645     if (RootInTB)
1646         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1647
1648     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1649     {
1650         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1651         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1652
1653         // Only probe during search if winning
1654         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1655             Cardinality = 0;
1656     }
1657
1658     if (RootInTB && !UseRule50)
1659         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1660                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1661                                             :  VALUE_DRAW;
1662
1663     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1664     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1665     for (RootMove& rm : rootMoves)
1666         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1667 }