3c638ca057f5e1c3c515498e005cecf88a111c8e
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   // Threshold used for countermoves based pruning
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     int stableCnt;
138     Key expectedPosKey;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156
157 } // namespace
158
159
160 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
161
162 void Search::init() {
163
164   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
165       for (int d = 1; d < 64; ++d)
166           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
167           {
168               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
169
170               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
171               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
172
173               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
174               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
175                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
176           }
177
178   for (int d = 0; d < 16; ++d)
179   {
180       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
181       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
182   }
183 }
184
185
186 /// Search::clear() resets search state to its initial value
187
188 void Search::clear() {
189
190   Threads.main()->wait_for_search_finished();
191
192   Time.availableNodes = 0;
193   TT.clear();
194
195   for (Thread* th : Threads)
196   {
197       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
198       th->mainHistory.fill(0);
199
200       for (auto& to : th->contHistory)
201           for (auto& h : to)
202               h.fill(0);
203
204       th->contHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
205   }
206
207   Threads.main()->callsCnt = 0;
208   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
209 }
210
211
212 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
213 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
214 template<bool Root>
215 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
216
217   StateInfo st;
218   uint64_t cnt, nodes = 0;
219   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
220
221   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
222   {
223       if (Root && depth <= ONE_PLY)
224           cnt = 1, nodes++;
225       else
226       {
227           pos.do_move(m, st);
228           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
229           nodes += cnt;
230           pos.undo_move(m);
231       }
232       if (Root)
233           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
234   }
235   return nodes;
236 }
237
238 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
239
240
241 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
242 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
243
244 void MainThread::search() {
245
246   Color us = rootPos.side_to_move();
247   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
248   TT.new_search();
249
250   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
251   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
252   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
253
254   if (rootMoves.empty())
255   {
256       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
257       sync_cout << "info depth 0 score "
258                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
259                 << sync_endl;
260   }
261   else
262   {
263       for (Thread* th : Threads)
264           if (th != this)
265               th->start_searching();
266
267       Thread::search(); // Let's start searching!
268   }
269
270   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
271   // the available ones before exiting.
272   if (Limits.npmsec)
273       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
274
275   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
276   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
277   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
278   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
279   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
280   if (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
281   {
282       Threads.stopOnPonderhit = true;
283       wait(Threads.stop);
284   }
285
286   // Stop the threads if not already stopped
287   Threads.stop = true;
288
289   // Wait until all threads have finished
290   for (Thread* th : Threads)
291       if (th != this)
292           th->wait_for_search_finished();
293
294   // Check if there are threads with a better score than main thread
295   Thread* bestThread = this;
296   if (   !this->easyMovePlayed
297       &&  Options["MultiPV"] == 1
298       && !Limits.depth
299       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
300       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
301   {
302       for (Thread* th : Threads)
303       {
304           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
305           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
306
307           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
308               bestThread = th;
309       }
310   }
311
312   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
313
314   // Send new PV when needed
315   if (bestThread != this)
316       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
317
318   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
319
320   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
321       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
322
323   std::cout << sync_endl;
324 }
325
326
327 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
328 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
329 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
330
331 void Thread::search() {
332
333   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
334   Value bestValue, alpha, beta, delta;
335   Move easyMove = MOVE_NONE;
336   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
337
338   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
339   for (int i = 4; i > 0; i--)
340      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
341
342   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
343   beta = VALUE_INFINITE;
344   completedDepth = DEPTH_ZERO;
345
346   if (mainThread)
347   {
348       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
349       EasyMove.clear();
350       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
351       mainThread->bestMoveChanges = 0;
352   }
353
354   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
355   Skill skill(Options["Skill Level"]);
356
357   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
358   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
359   if (skill.enabled())
360       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
361
362   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
363
364   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
365   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
366          && !Threads.stop
367          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
368   {
369       // Distribute search depths across the threads
370       if (idx)
371       {
372           int i = (idx - 1) % 20;
373           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
374               continue;
375       }
376
377       // Age out PV variability metric
378       if (mainThread)
379           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
380
381       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
382       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
383       for (RootMove& rm : rootMoves)
384           rm.previousScore = rm.score;
385
386       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
387       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
388       {
389           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
390           selDepth = 0;
391
392           // Reset aspiration window starting size
393           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
394           {
395               delta = Value(18);
396               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
397               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
398           }
399
400           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
401           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
402           // high/low anymore.
403           while (true)
404           {
405               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
406
407               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
408               // is done with a stable algorithm because all the values but the
409               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
410               // and we want to keep the same order for all the moves except the
411               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
412               // search the already searched PV lines are preserved.
413               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
414
415               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
416               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
417               // valid, although it refers to the previous iteration.
418               if (Threads.stop)
419                   break;
420
421               // When failing high/low give some update (without cluttering
422               // the UI) before a re-search.
423               if (   mainThread
424                   && multiPV == 1
425                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
426                   && Time.elapsed() > 3000)
427                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
428
429               // In case of failing low/high increase aspiration window and
430               // re-search, otherwise exit the loop.
431               if (bestValue <= alpha)
432               {
433                   beta = (alpha + beta) / 2;
434                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
435
436                   if (mainThread)
437                   {
438                       mainThread->failedLow = true;
439                       Threads.stopOnPonderhit = false;
440                   }
441               }
442               else if (bestValue >= beta)
443                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
444               else
445                   break;
446
447               delta += delta / 4 + 5;
448
449               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
450           }
451
452           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
453           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
454
455           if (!mainThread)
456               continue;
457
458           if (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
459               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
460       }
461
462       if (!Threads.stop)
463           completedDepth = rootDepth;
464
465       if (!mainThread)
466           continue;
467
468       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
469       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
470           skill.pick_best(multiPV);
471
472       // Have we found a "mate in x"?
473       if (   Limits.mate
474           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
475           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
476           Threads.stop = true;
477
478       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
479       if (Limits.use_time_management())
480       {
481           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
482           {
483               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
484               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
485               // from the previous search and just did a fast verification.
486               const int F[] = { mainThread->failedLow,
487                                 bestValue - mainThread->previousScore };
488
489               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
490               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
491
492               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
493                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
494                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
495
496               if (   rootMoves.size() == 1
497                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
498                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
499               {
500                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
501                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
502                   if (Threads.ponder)
503                       Threads.stopOnPonderhit = true;
504                   else
505                       Threads.stop = true;
506               }
507           }
508
509           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
510               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
511           else
512               EasyMove.clear();
513       }
514   }
515
516   if (!mainThread)
517       return;
518
519   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
520   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
521   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
522       EasyMove.clear();
523
524   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
525   if (skill.enabled())
526       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
527                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
528 }
529
530
531 namespace {
532
533   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
534
535   template <NodeType NT>
536   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
537
538     const bool PvNode = NT == PV;
539     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
540
541     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
542     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
543     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
544     assert(!(PvNode && cutNode));
545     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
546
547     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
548     StateInfo st;
549     TTEntry* tte;
550     Key posKey;
551     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
552     Depth extension, newDepth;
553     Value bestValue, value, ttValue, eval;
554     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
555     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
556     Piece movedPiece;
557     int moveCount, quietCount;
558
559     // Step 1. Initialize node
560     Thread* thisThread = pos.this_thread();
561     inCheck = pos.checkers();
562     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
563     ss->statScore = 0;
564     bestValue = -VALUE_INFINITE;
565     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
566
567     // Check for the available remaining time
568     if (thisThread == Threads.main())
569         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
570
571     // Used to send selDepth info to GUI
572     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply)
573         thisThread->selDepth = ss->ply;
574
575     if (!rootNode)
576     {
577         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
578         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
579             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
580                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
581
582         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
583         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
584         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
585         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
586         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
587         // mate. In this case return a fail-high score.
588         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
589         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
590         if (alpha >= beta)
591             return alpha;
592     }
593
594     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
595
596     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
597     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
598     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
599     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
600
601     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
602     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
603     // position key in case of an excluded move.
604     excludedMove = ss->excludedMove;
605     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
606     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
607     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
608     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
609             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
610
611     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
612     if (  !PvNode
613         && ttHit
614         && tte->depth() >= depth
615         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
616         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
617                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
618     {
619         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
620         if (ttMove)
621         {
622             if (ttValue >= beta)
623             {
624                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
625                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
626
627                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
628                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
629                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
630             }
631             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
632             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633             {
634                 int penalty = -stat_bonus(depth);
635                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
636                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
637             }
638         }
639         return ttValue;
640     }
641
642     // Step 4a. Tablebase probe
643     if (!rootNode && TB::Cardinality)
644     {
645         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
646
647         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
648             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
649             &&  pos.rule50_count() == 0
650             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
651         {
652             TB::ProbeState err;
653             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
654
655             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
656             {
657                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
658
659                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
660
661                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
662                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
663                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
664
665                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
666                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
667                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
668
669                 return value;
670             }
671         }
672     }
673
674     // Step 5. Evaluate the position statically
675     if (inCheck)
676     {
677         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
678         goto moves_loop;
679     }
680
681     else if (ttHit)
682     {
683         // Never assume anything on values stored in TT
684         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
685             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
686
687         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
688         if (   ttValue != VALUE_NONE
689             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
690             eval = ttValue;
691     }
692     else
693     {
694         eval = ss->staticEval =
695         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
696                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
697
698         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
699                   ss->staticEval, TT.generation());
700     }
701
702     if (skipEarlyPruning)
703         goto moves_loop;
704
705     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
706     if (   !PvNode
707         &&  depth < 4 * ONE_PLY
708         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
709     {
710         if (depth <= ONE_PLY)
711             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
712
713         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
714         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
715         if (v <= ralpha)
716             return v;
717     }
718
719     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
720     if (   !rootNode
721         &&  depth < 7 * ONE_PLY
722         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
723         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
724         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
725         return eval;
726
727     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
728     if (   !PvNode
729         &&  eval >= beta
730         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
731         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
732     {
733
734         assert(eval - beta >= 0);
735
736         // Null move dynamic reduction based on depth and value
737         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
738
739         ss->currentMove = MOVE_NULL;
740         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
741
742         pos.do_null_move(st);
743         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
744                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
745         pos.undo_null_move();
746
747         if (nullValue >= beta)
748         {
749             // Do not return unproven mate scores
750             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
751                 nullValue = beta;
752
753             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
754                 return nullValue;
755
756             // Do verification search at high depths
757             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
758                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
759
760             if (v >= beta)
761                 return nullValue;
762         }
763     }
764
765     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
766     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
767     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
768     if (   !PvNode
769         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
770         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
771     {
772         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
773
774         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
775
776         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
777
778         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
779             if (pos.legal(move))
780             {
781                 ss->currentMove = move;
782                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
783
784                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
785                 pos.do_move(move, st);
786                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
787                 pos.undo_move(move);
788                 if (value >= rbeta)
789                     return value;
790             }
791     }
792
793     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
794     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
795         && !ttMove
796         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
797     {
798         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
799         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
800
801         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
802         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
803     }
804
805 moves_loop: // When in check search starts from here
806
807     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
808     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
809
810     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
811     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
812     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
813             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
814                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
815
816     singularExtensionNode =   !rootNode
817                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
818                            &&  ttMove != MOVE_NONE
819                            &&  ttValue != VALUE_NONE
820                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
821                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
822                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
823     skipQuiets = false;
824     ttCapture = false;
825
826     // Step 11. Loop through moves
827     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
828     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
829     {
830       assert(is_ok(move));
831
832       if (move == excludedMove)
833           continue;
834
835       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
836       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
837       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
838       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
839                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
840           continue;
841
842       ss->moveCount = ++moveCount;
843
844       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
845           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
846                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
847                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
848
849       if (PvNode)
850           (ss+1)->pv = nullptr;
851
852       extension = DEPTH_ZERO;
853       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
854       movedPiece = pos.moved_piece(move);
855
856       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
857                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
858                   : pos.gives_check(move);
859
860       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
861                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
862
863       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
864
865       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
866       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
867       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
868       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
869       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
870       if (    singularExtensionNode
871           &&  move == ttMove
872           &&  pos.legal(move))
873       {
874           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
875           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
876           ss->excludedMove = move;
877           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
878           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
879
880           if (value < rBeta)
881               extension = ONE_PLY;
882       }
883       else if (    givesCheck
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 13. 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)];
949
950       // Step 14. Make the move
951       pos.do_move(move, st, givesCheck);
952
953       // Step 15. 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               // Increase reduction if ttMove is a capture
966               if (ttCapture)
967                   r += ONE_PLY;
968
969               // Increase reduction for cut nodes
970               if (cutNode)
971                   r += 2 * ONE_PLY;
972
973               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
974               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
975               // hence break make_move().
976               else if (    type_of(move) == NORMAL
977                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
978                   r -= 2 * ONE_PLY;
979
980               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
981                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
982                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
983                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
984                              - 4000;
985
986               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
987               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
988                   r -= ONE_PLY;
989
990               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
991                   r += ONE_PLY;
992
993               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
994               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
995           }
996
997           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
998
999           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1000
1001           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1002       }
1003       else
1004           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1005
1006       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1007       if (doFullDepthSearch)
1008           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1009                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1010                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1011                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1012
1013       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1014       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1015       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1016       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1017       {
1018           (ss+1)->pv = pv;
1019           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1020
1021           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1022                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1023                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1024                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1025       }
1026
1027       // Step 17. Undo move
1028       pos.undo_move(move);
1029
1030       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1031
1032       // Step 18. Check for a new best move
1033       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1034       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1035       // updating best move, PV and TT.
1036       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1037           return VALUE_ZERO;
1038
1039       if (rootNode)
1040       {
1041           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1042                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1043
1044           // PV move or new best move ?
1045           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1046           {
1047               rm.score = value;
1048               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1049               rm.pv.resize(1);
1050
1051               assert((ss+1)->pv);
1052
1053               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1054                   rm.pv.push_back(*m);
1055
1056               // We record how often the best move has been changed in each
1057               // iteration. This information is used for time management: When
1058               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1059               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1060                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1061           }
1062           else
1063               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1064               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1065               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1066               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1067       }
1068
1069       if (value > bestValue)
1070       {
1071           bestValue = value;
1072
1073           if (value > alpha)
1074           {
1075               bestMove = move;
1076
1077               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1078                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1079
1080               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1081                   alpha = value;
1082               else
1083               {
1084                   assert(value >= beta); // Fail high
1085                   break;
1086               }
1087           }
1088       }
1089
1090       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1091           quietsSearched[quietCount++] = move;
1092     }
1093
1094     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1095     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1096     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1097     /*
1098        if (Threads.stop)
1099         return VALUE_DRAW;
1100     */
1101
1102     // Step 20. Check for mate and stalemate
1103     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1104     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1105     // return a fail low score.
1106
1107     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1108
1109     if (!moveCount)
1110         bestValue = excludedMove ? alpha
1111                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1112     else if (bestMove)
1113     {
1114         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1115         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1116             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1117
1118         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1119         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1120             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1121     }
1122     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1123     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1124              && !pos.captured_piece()
1125              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1126         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1127
1128     if (!excludedMove)
1129         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1130                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1131                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1132                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1133
1134     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1135
1136     return bestValue;
1137   }
1138
1139
1140   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1141   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1142
1143   template <NodeType NT, bool InCheck>
1144   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1145
1146     const bool PvNode = NT == PV;
1147
1148     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1149     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1150     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1151     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1152     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1153
1154     Move pv[MAX_PLY+1];
1155     StateInfo st;
1156     TTEntry* tte;
1157     Key posKey;
1158     Move ttMove, move, bestMove;
1159     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1160     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1161     Depth ttDepth;
1162     int moveCount;
1163
1164     if (PvNode)
1165     {
1166         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1167         (ss+1)->pv = pv;
1168         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1169     }
1170
1171     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1172     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1173     moveCount = 0;
1174
1175     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1176     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1177         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1178                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1179
1180     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1181
1182     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1183     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1184     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1185     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1186                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1187
1188     // Transposition table lookup
1189     posKey = pos.key();
1190     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1191     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1192     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1193
1194     if (  !PvNode
1195         && ttHit
1196         && tte->depth() >= ttDepth
1197         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1198         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1199                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1200         return ttValue;
1201
1202     // Evaluate the position statically
1203     if (InCheck)
1204     {
1205         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1206         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1207     }
1208     else
1209     {
1210         if (ttHit)
1211         {
1212             // Never assume anything on values stored in TT
1213             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1214                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1215
1216             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1217             if (   ttValue != VALUE_NONE
1218                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1219                 bestValue = ttValue;
1220         }
1221         else
1222             ss->staticEval = bestValue =
1223             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1224                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1225
1226         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1227         if (bestValue >= beta)
1228         {
1229             if (!ttHit)
1230                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1231                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1232
1233             return bestValue;
1234         }
1235
1236         if (PvNode && bestValue > alpha)
1237             alpha = bestValue;
1238
1239         futilityBase = bestValue + 128;
1240     }
1241
1242     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1243     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1244     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1245     // be generated.
1246     const PieceToHistory* contHist[4] = {};
1247     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, contHist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1248
1249     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1250     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1251     {
1252       assert(is_ok(move));
1253
1254       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1255                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1256                   : pos.gives_check(move);
1257
1258       moveCount++;
1259
1260       // Futility pruning
1261       if (   !InCheck
1262           && !givesCheck
1263           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1264           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1265       {
1266           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1267
1268           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1269
1270           if (futilityValue <= alpha)
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1273               continue;
1274           }
1275
1276           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1277           {
1278               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1279               continue;
1280           }
1281       }
1282
1283       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1284       evasionPrunable =    InCheck
1285                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1286                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1287                        && !pos.capture(move);
1288
1289       // Don't search moves with negative SEE values
1290       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1291           &&  type_of(move) != PROMOTION
1292           &&  !pos.see_ge(move))
1293           continue;
1294
1295       // Speculative prefetch as early as possible
1296       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1297
1298       // Check for legality just before making the move
1299       if (!pos.legal(move))
1300       {
1301           moveCount--;
1302           continue;
1303       }
1304
1305       ss->currentMove = move;
1306
1307       // Make and search the move
1308       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1309       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1310                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1311       pos.undo_move(move);
1312
1313       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1314
1315       // Check for a new best move
1316       if (value > bestValue)
1317       {
1318           bestValue = value;
1319
1320           if (value > alpha)
1321           {
1322               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1323                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1324
1325               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1326               {
1327                   alpha = value;
1328                   bestMove = move;
1329               }
1330               else // Fail high
1331               {
1332                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1333                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1334
1335                   return value;
1336               }
1337           }
1338        }
1339     }
1340
1341     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1342     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1343     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1344         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1345
1346     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1347               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1348               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1349
1350     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1351
1352     return bestValue;
1353   }
1354
1355
1356   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1357   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1358   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1359
1360   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1361
1362     assert(v != VALUE_NONE);
1363
1364     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1365           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1366   }
1367
1368
1369   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1370   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1371   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1372
1373   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1374
1375     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1376           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1377           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1378   }
1379
1380
1381   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1382
1383   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1384
1385     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1386         *pv++ = *childPv++;
1387     *pv = MOVE_NONE;
1388   }
1389
1390
1391   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1392   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1393
1394   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1395
1396     for (int i : {1, 2, 4})
1397         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1398             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1399   }
1400
1401
1402   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1403
1404   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1405                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1406
1407     if (ss->killers[0] != move)
1408     {
1409         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1410         ss->killers[0] = move;
1411     }
1412
1413     Color c = pos.side_to_move();
1414     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1415     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1416     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1417
1418     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1419     {
1420         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1421         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1422     }
1423
1424     // Decrease all the other played quiet moves
1425     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1426     {
1427         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1428         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1429     }
1430   }
1431
1432
1433   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1434   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1435
1436   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1437
1438     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1439     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1440
1441     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1442     Value topScore = rootMoves[0].score;
1443     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1444     int weakness = 120 - 2 * level;
1445     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1446
1447     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1448     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1449     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1450     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1451     {
1452         // This is our magic formula
1453         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1454                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1455
1456         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1457         {
1458             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1459             best = rootMoves[i].pv[0];
1460         }
1461     }
1462
1463     return best;
1464   }
1465
1466 } // namespace
1467
1468   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1469   // when we are out of available time and thus stop the search.
1470
1471   void MainThread::check_time() {
1472
1473     if (--callsCnt > 0)
1474         return;
1475
1476     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1477     // otherwise use a default value.
1478     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1479
1480     static TimePoint lastInfoTime = now();
1481
1482     int elapsed = Time.elapsed();
1483     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1484
1485     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1486     {
1487         lastInfoTime = tick;
1488         dbg_print();
1489     }
1490
1491     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1492     if (Threads.ponder)
1493         return;
1494
1495     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1496         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1497         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1498             Threads.stop = true;
1499   }
1500
1501
1502 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1503 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1504
1505 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1506
1507   std::stringstream ss;
1508   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1509   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1510   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1511   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1512   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1513   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1514
1515   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1516   {
1517       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1518
1519       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1520           continue;
1521
1522       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1523       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1524
1525       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1526       v = tb ? TB::Score : v;
1527
1528       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1529           ss << "\n";
1530
1531       ss << "info"
1532          << " depth "    << d / ONE_PLY
1533          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1534          << " multipv "  << i + 1
1535          << " score "    << UCI::value(v);
1536
1537       if (!tb && i == PVIdx)
1538           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1539
1540       ss << " nodes "    << nodesSearched
1541          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1542
1543       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1544           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1545
1546       ss << " tbhits "   << tbHits
1547          << " time "     << elapsed
1548          << " pv";
1549
1550       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1551           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1552   }
1553
1554   return ss.str();
1555 }
1556
1557
1558 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1559 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1560 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1561 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1562
1563 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1564
1565     StateInfo st;
1566     bool ttHit;
1567
1568     assert(pv.size() == 1);
1569
1570     if (!pv[0])
1571         return false;
1572
1573     pos.do_move(pv[0], st);
1574     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1575
1576     if (ttHit)
1577     {
1578         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1579         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1580             pv.push_back(m);
1581     }
1582
1583     pos.undo_move(pv[0]);
1584     return pv.size() > 1;
1585 }
1586
1587 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1588
1589     RootInTB = false;
1590     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1591     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1592     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1593
1594     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1595     if (Cardinality > MaxCardinality)
1596     {
1597         Cardinality = MaxCardinality;
1598         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1599     }
1600
1601     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1602         return;
1603
1604     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1605     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1606     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1607
1608     if (RootInTB)
1609         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1610
1611     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1612     {
1613         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1614         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1615
1616         // Only probe during search if winning
1617         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1618             Cardinality = 0;
1619     }
1620
1621     if (RootInTB && !UseRule50)
1622         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1623                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1624                                             :  VALUE_DRAW;
1625 }