Simplify color usage in search.
[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 : 32 * d * d + 64 * d - 64;
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);
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 = int(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 + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
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);
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) {
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     Color us = pos.side_to_move();
551     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
552     bestValue = -VALUE_INFINITE;
553     maxValue = VALUE_INFINITE;
554
555     // Check for the available remaining time
556     if (thisThread == Threads.main())
557         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
558
559     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
560     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
561         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
562
563     if (!rootNode)
564     {
565         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
566         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
567             || pos.is_draw(ss->ply)
568             || ss->ply >= MAX_PLY)
569             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
570
571         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
572         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
573         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
574         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
575         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
576         // mate. In this case return a fail-high score.
577         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
578         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
579         if (alpha >= beta)
580             return alpha;
581
582         // Check if there exists a move which draws by repetition, or an alternative
583         // earlier move to this position.
584         if (   pos.rule50_count() >= 3
585             && alpha < VALUE_DRAW
586             && pos.has_game_cycle(ss->ply))
587         {
588             alpha = VALUE_DRAW;
589             if (alpha >= beta)
590                 return alpha;
591         }
592     }
593
594     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
595
596     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
597     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
598     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
599     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
600     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
601
602     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
603     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
604     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
605     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
606     // LMR which are based on the statScore of parent position.
607     (ss+2)->statScore = 0;
608
609     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
610     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
611     // position key in case of an excluded move.
612     excludedMove = ss->excludedMove;
613     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
614     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
615     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
616     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
617             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
618
619     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
620     if (  !PvNode
621         && ttHit
622         && tte->depth() >= depth
623         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
624         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
625                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
626     {
627         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
628         if (ttMove)
629         {
630             if (ttValue >= beta)
631             {
632                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
634
635                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
636                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
637                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
638             }
639             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
640             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
641             {
642                 int penalty = -stat_bonus(depth);
643                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
644                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
645             }
646         }
647         return ttValue;
648     }
649
650     // Step 5. Tablebases probe
651     if (!rootNode && TB::Cardinality)
652     {
653         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
654
655         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
656             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
657             &&  pos.rule50_count() == 0
658             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
659         {
660             TB::ProbeState err;
661             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
662
663             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
664             {
665                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
666
667                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
668
669                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
670                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
671                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
672
673                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
674                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
675
676                 if (    b == BOUND_EXACT
677                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
678                 {
679                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
680                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
681                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
682
683                     return value;
684                 }
685
686                 if (PvNode)
687                 {
688                     if (b == BOUND_LOWER)
689                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
690                     else
691                         maxValue = value;
692                 }
693             }
694         }
695     }
696
697     // Step 6. Static evaluation of the position
698     if (inCheck)
699     {
700         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
701         improving = false;
702         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
703     }
704     else if (ttHit)
705     {
706         // Never assume anything on values stored in TT
707         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
708             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
709
710         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
711         if (    ttValue != VALUE_NONE
712             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
713             eval = ttValue;
714     }
715     else
716     {
717         ss->staticEval = eval =
718         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
719                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
720
721         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
722                   ss->staticEval, TT.generation());
723     }
724
725     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
726     if (  !PvNode
727         && depth < 3 * ONE_PLY
728         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
729     {
730         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
731         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
732         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
733             return v;
734     }
735
736     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
737                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
738
739     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
740     if (   !rootNode
741         &&  depth < 7 * ONE_PLY
742         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
743         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
744         return eval;
745
746     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
747     if (   !PvNode
748         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
749         && (ss-1)->statScore < 22500
750         &&  eval >= beta
751         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
752         && !excludedMove
753         &&  pos.non_pawn_material(us)
754         && (ss->ply > thisThread->nmp_min_ply || us != thisThread->nmp_color))
755     {
756         assert(eval - beta >= 0);
757
758         // Null move dynamic reduction based on depth and value
759         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
760
761         ss->currentMove = MOVE_NULL;
762         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
763
764         pos.do_null_move(st);
765
766         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
767
768         pos.undo_null_move();
769
770         if (nullValue >= beta)
771         {
772             // Do not return unproven mate scores
773             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
774                 nullValue = beta;
775
776             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_min_ply))
777                 return nullValue;
778
779             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
780             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
781             thisThread->nmp_min_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4 - 1;
782             thisThread->nmp_color = us;
783
784             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
785
786             thisThread->nmp_min_ply = 0;
787
788             if (v >= beta)
789                 return nullValue;
790         }
791     }
792
793     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
794     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
795     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
796     if (   !PvNode
797         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
798         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
799     {
800         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
801         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
802         int probCutCount = 0;
803
804         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
805                && probCutCount < 3)
806             if (pos.legal(move))
807             {
808                 probCutCount++;
809
810                 ss->currentMove = move;
811                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
812
813                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
814
815                 pos.do_move(move, st);
816
817                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
818                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
819
820                 // If the qsearch held perform the regular search
821                 if (value >= rbeta)
822                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
823
824                 pos.undo_move(move);
825
826                 if (value >= rbeta)
827                     return value;
828             }
829     }
830
831     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
832     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
833         && !ttMove)
834     {
835         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
836         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
837
838         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
839         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
840         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
841     }
842
843 moves_loop: // When in check, search starts from here
844
845     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
846     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
847
848     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
849                                       &thisThread->captureHistory,
850                                       contHist,
851                                       countermove,
852                                       ss->killers);
853     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
854
855     skipQuiets = false;
856     ttCapture = false;
857     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
858
859     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
860     // or a beta cutoff occurs.
861     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
862     {
863       assert(is_ok(move));
864
865       if (move == excludedMove)
866           continue;
867
868       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
869       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
870       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
871       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
872       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
873                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVLast, move))
874           continue;
875
876       ss->moveCount = ++moveCount;
877
878       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
879           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
880                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
881                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
882       if (PvNode)
883           (ss+1)->pv = nullptr;
884
885       extension = DEPTH_ZERO;
886       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
887       movedPiece = pos.moved_piece(move);
888       givesCheck = gives_check(pos, move);
889
890       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
891                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
892
893       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
894
895       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
896       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
897       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
898       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
899       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
900       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
901           &&  move == ttMove
902           && !rootNode
903           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
904           &&  ttValue != VALUE_NONE
905           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
906           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
907           &&  pos.legal(move))
908       {
909           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
910           ss->excludedMove = move;
911           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
912           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
913
914           if (value < rBeta)
915               extension = ONE_PLY;
916       }
917       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
918                && !moveCountPruning
919                &&  pos.see_ge(move))
920           extension = ONE_PLY;
921
922       // Calculate new depth for this move
923       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
924
925       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
926       if (  !rootNode
927           && pos.non_pawn_material(us)
928           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
929       {
930           if (   !captureOrPromotion
931               && !givesCheck
932               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
933           {
934               // Move count based pruning (~30 Elo)
935               if (moveCountPruning)
936               {
937                   skipQuiets = true;
938                   continue;
939               }
940
941               // Reduced depth of the next LMR search
942               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
943
944               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
945               if (   lmrDepth < 3
946                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
947                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
948                   continue;
949
950               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
951               if (   lmrDepth < 7
952                   && !inCheck
953                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
954                   continue;
955
956               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
957               if (   lmrDepth < 8
958                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
959                   continue;
960           }
961           else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
962                    && !extension
963                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
964                   continue;
965       }
966
967       // Speculative prefetch as early as possible
968       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
969
970       // Check for legality just before making the move
971       if (!rootNode && !pos.legal(move))
972       {
973           ss->moveCount = --moveCount;
974           continue;
975       }
976
977       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
978           ttCapture = true;
979
980       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
981       ss->currentMove = move;
982       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
983
984       // Step 15. Make the move
985       pos.do_move(move, st, givesCheck);
986
987       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
988       // re-searched at full depth.
989       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
990           &&  moveCount > 1
991           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
992       {
993           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
994
995           if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
996               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
997           else
998           {
999               // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
1000               if ((ss-1)->moveCount > 15)
1001                   r -= ONE_PLY;
1002
1003               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1004               if (pvExact)
1005                   r -= ONE_PLY;
1006
1007               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1008               if (ttCapture)
1009                   r += ONE_PLY;
1010
1011               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1012               if (cutNode)
1013                   r += 2 * ONE_PLY;
1014
1015               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1016               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1017               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1018               else if (    type_of(move) == NORMAL
1019                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1020                   r -= 2 * ONE_PLY;
1021
1022               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1023                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1024                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1025                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1026                              - 4000;
1027
1028               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1029               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1030                   r -= ONE_PLY;
1031
1032               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1033                   r += ONE_PLY;
1034
1035               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1036               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1037           }
1038
1039           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1040
1041           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1042
1043           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1044       }
1045       else
1046           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1047
1048       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1049       if (doFullDepthSearch)
1050           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1051
1052       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1053       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1054       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1055       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1056       {
1057           (ss+1)->pv = pv;
1058           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1059
1060           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1061       }
1062
1063       // Step 18. Undo move
1064       pos.undo_move(move);
1065
1066       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1067
1068       // Step 19. Check for a new best move
1069       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1070       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1071       // updating best move, PV and TT.
1072       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1073           return VALUE_ZERO;
1074
1075       if (rootNode)
1076       {
1077           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1078                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1079
1080           // PV move or new best move?
1081           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1082           {
1083               rm.score = value;
1084               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1085               rm.pv.resize(1);
1086
1087               assert((ss+1)->pv);
1088
1089               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1090                   rm.pv.push_back(*m);
1091
1092               // We record how often the best move has been changed in each
1093               // iteration. This information is used for time management: When
1094               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1095               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1096                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1097           }
1098           else
1099               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1100               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1101               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1102               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1103       }
1104
1105       if (value > bestValue)
1106       {
1107           bestValue = value;
1108
1109           if (value > alpha)
1110           {
1111               bestMove = move;
1112
1113               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1114                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1115
1116               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1117                   alpha = value;
1118               else
1119               {
1120                   assert(value >= beta); // Fail high
1121                   ss->statScore = 0;
1122                   break;
1123               }
1124           }
1125       }
1126
1127       if (move != bestMove)
1128       {
1129           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1130               capturesSearched[captureCount++] = move;
1131
1132           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1133               quietsSearched[quietCount++] = move;
1134       }
1135     }
1136
1137     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1138     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1139     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1140     /*
1141        if (Threads.stop)
1142         return VALUE_DRAW;
1143     */
1144
1145     // Step 20. Check for mate and stalemate
1146     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1147     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1148     // return a fail low score.
1149
1150     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1151
1152     if (!moveCount)
1153         bestValue = excludedMove ? alpha
1154                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1155     else if (bestMove)
1156     {
1157         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1158         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1159             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1160         else
1161             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1162
1163         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1164         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1165             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1166     }
1167     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1168     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1169              && !pos.captured_piece()
1170              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1171         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1172
1173     if (PvNode)
1174         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1175
1176     if (!excludedMove)
1177         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1178                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1179                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1180                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1181
1182     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1183
1184     return bestValue;
1185   }
1186
1187
1188   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1189   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1190   template <NodeType NT>
1191   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1192
1193     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1194
1195     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1196     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1197     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1198     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1199
1200     Move pv[MAX_PLY+1];
1201     StateInfo st;
1202     TTEntry* tte;
1203     Key posKey;
1204     Move ttMove, move, bestMove;
1205     Depth ttDepth;
1206     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1207     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1208     int moveCount;
1209
1210     if (PvNode)
1211     {
1212         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1213         (ss+1)->pv = pv;
1214         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1215     }
1216
1217     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1218     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1219     inCheck = pos.checkers();
1220     moveCount = 0;
1221
1222     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1223     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1224         || ss->ply >= MAX_PLY)
1225         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1226
1227     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1228
1229     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1230     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1231     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1232     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1233                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1234     // Transposition table lookup
1235     posKey = pos.key();
1236     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1237     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1238     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1239
1240     if (  !PvNode
1241         && ttHit
1242         && tte->depth() >= ttDepth
1243         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1244         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1245                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1246         return ttValue;
1247
1248     // Evaluate the position statically
1249     if (inCheck)
1250     {
1251         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1252         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1253     }
1254     else
1255     {
1256         if (ttHit)
1257         {
1258             // Never assume anything on values stored in TT
1259             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1260                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1261
1262             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1263             if (   ttValue != VALUE_NONE
1264                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1265                 bestValue = ttValue;
1266         }
1267         else
1268             ss->staticEval = bestValue =
1269             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1270                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1271
1272         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1273         if (bestValue >= beta)
1274         {
1275             if (!ttHit)
1276                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1277                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1278
1279             return bestValue;
1280         }
1281
1282         if (PvNode && bestValue > alpha)
1283             alpha = bestValue;
1284
1285         futilityBase = bestValue + 128;
1286     }
1287
1288     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1289     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1290     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1291     // be generated.
1292     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory,
1293                                       &pos.this_thread()->captureHistory,
1294                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1295
1296     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1297     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1298     {
1299       assert(is_ok(move));
1300
1301       givesCheck = gives_check(pos, move);
1302
1303       moveCount++;
1304
1305       // Futility pruning
1306       if (   !inCheck
1307           && !givesCheck
1308           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1309           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1310       {
1311           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1312
1313           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1314
1315           if (futilityValue <= alpha)
1316           {
1317               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1318               continue;
1319           }
1320
1321           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1322           {
1323               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1324               continue;
1325           }
1326       }
1327
1328       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1329       evasionPrunable =    inCheck
1330                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1331                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1332                        && !pos.capture(move);
1333
1334       // Don't search moves with negative SEE values
1335       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1336           && !pos.see_ge(move))
1337           continue;
1338
1339       // Speculative prefetch as early as possible
1340       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1341
1342       // Check for legality just before making the move
1343       if (!pos.legal(move))
1344       {
1345           moveCount--;
1346           continue;
1347       }
1348
1349       ss->currentMove = move;
1350
1351       // Make and search the move
1352       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1353       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1354       pos.undo_move(move);
1355
1356       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1357
1358       // Check for a new best move
1359       if (value > bestValue)
1360       {
1361           bestValue = value;
1362
1363           if (value > alpha)
1364           {
1365               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1366                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1367
1368               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1369               {
1370                   alpha = value;
1371                   bestMove = move;
1372               }
1373               else // Fail high
1374               {
1375                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1376                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1377
1378                   return value;
1379               }
1380           }
1381        }
1382     }
1383
1384     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1385     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1386     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1387         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1388
1389     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1390               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1391               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1392
1393     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1394
1395     return bestValue;
1396   }
1397
1398
1399   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1400   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1401   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1402
1403   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1404
1405     assert(v != VALUE_NONE);
1406
1407     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1408           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1409   }
1410
1411
1412   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1413   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1414   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1415
1416   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1417
1418     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1419           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1420           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1421   }
1422
1423
1424   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1425
1426   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1427
1428     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1429         *pv++ = *childPv++;
1430     *pv = MOVE_NONE;
1431   }
1432
1433
1434   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1435   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1436
1437   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1438
1439     for (int i : {1, 2, 4})
1440         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1441             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1442   }
1443
1444
1445   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1446
1447   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1448                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1449
1450       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1451       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1452       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1453       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1454
1455       // Decrease all the other played capture moves
1456       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1457       {
1458           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1459           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1460           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1461       }
1462   }
1463
1464
1465   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1466
1467   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1468                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1469
1470     if (ss->killers[0] != move)
1471     {
1472         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1473         ss->killers[0] = move;
1474     }
1475
1476     Color us = pos.side_to_move();
1477     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1478     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1479     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1480
1481     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1482     {
1483         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1484         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1485     }
1486
1487     // Decrease all the other played quiet moves
1488     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1489     {
1490         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1491         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1492     }
1493   }
1494
1495   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1496   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1497
1498   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1499
1500     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1501     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1502
1503     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1504     Value topScore = rootMoves[0].score;
1505     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1506     int weakness = 120 - 2 * level;
1507     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1508
1509     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1510     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1511     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1512     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1513     {
1514         // This is our magic formula
1515         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1516                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1517
1518         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1519         {
1520             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1521             best = rootMoves[i].pv[0];
1522         }
1523     }
1524
1525     return best;
1526   }
1527
1528 } // namespace
1529
1530 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1531 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1532
1533 void MainThread::check_time() {
1534
1535   if (--callsCnt > 0)
1536       return;
1537
1538   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1539   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1540
1541   static TimePoint lastInfoTime = now();
1542
1543   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1544   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1545
1546   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1547   {
1548       lastInfoTime = tick;
1549       dbg_print();
1550   }
1551
1552   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1553   if (Threads.ponder)
1554       return;
1555
1556   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1557       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1558       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1559       Threads.stop = true;
1560 }
1561
1562
1563 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1564 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1565
1566 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1567
1568   std::stringstream ss;
1569   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1570   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1571   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1572   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1573   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1574   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1575
1576   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1577   {
1578       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1579
1580       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1581           continue;
1582
1583       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1584       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1585
1586       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1587       v = tb ? rootMoves[i].TBScore : v;
1588
1589       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1590           ss << "\n";
1591
1592       ss << "info"
1593          << " depth "    << d / ONE_PLY
1594          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1595          << " multipv "  << i + 1
1596          << " score "    << UCI::value(v);
1597
1598       if (!tb && i == PVIdx)
1599           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1600
1601       ss << " nodes "    << nodesSearched
1602          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1603
1604       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1605           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1606
1607       ss << " tbhits "   << tbHits
1608          << " time "     << elapsed
1609          << " pv";
1610
1611       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1612           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1613   }
1614
1615   return ss.str();
1616 }
1617
1618
1619 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1620 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1621 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1622 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1623
1624 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1625
1626     StateInfo st;
1627     bool ttHit;
1628
1629     assert(pv.size() == 1);
1630
1631     if (!pv[0])
1632         return false;
1633
1634     pos.do_move(pv[0], st);
1635     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1636
1637     if (ttHit)
1638     {
1639         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1640         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1641             pv.push_back(m);
1642     }
1643
1644     pos.undo_move(pv[0]);
1645     return pv.size() > 1;
1646 }
1647
1648 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1649
1650     RootInTB = false;
1651     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1652     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1653     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1654     bool dtz_available = true;
1655
1656     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1657     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1658     if (Cardinality > MaxCardinality)
1659     {
1660         Cardinality = MaxCardinality;
1661         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1662     }
1663
1664     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1665     {
1666         // Rank moves using DTZ tables
1667         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1668
1669         if (!RootInTB)
1670         {
1671             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1672             dtz_available = false;
1673             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1674         }
1675     }
1676
1677     if (RootInTB)
1678     {
1679         // Sort moves according to TB rank
1680         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1681                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.TBRank > b.TBRank; } );
1682
1683         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1684         if (dtz_available || rootMoves[0].TBScore <= VALUE_DRAW)
1685             Cardinality = 0;
1686     }
1687     else
1688     {
1689         // Assign the same rank to all moves
1690         for (auto& m : rootMoves)
1691             m.TBRank = 0;
1692     }
1693 }