435b720695f52caf5bd8fd3154a9f8a266726d62
[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   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   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
71   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
72     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
73   }
74
75   // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
76   constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
77                                          1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
78                                          2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
79                                          3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
80                                          4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
81                                          5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
82                                          6 * PawnValueEg * 930  / 1000
83                                        };
84
85   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
86   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
87   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
88
89   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
90     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
91   }
92
93   // History and stats update bonus, based on depth
94   int stat_bonus(Depth depth) {
95     int d = depth / ONE_PLY;
96     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
97   }
98
99   // Skill structure is used to implement strength limit
100   struct Skill {
101     explicit Skill(int l) : level(l) {}
102     bool enabled() const { return level < 20; }
103     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
104     Move pick_best(size_t multiPV);
105
106     int level;
107     Move best = MOVE_NONE;
108   };
109
110   template <NodeType NT>
111   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
112
113   template <NodeType NT>
114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
115
116   Value value_to_tt(Value v, int ply);
117   Value value_from_tt(Value v, int ply);
118   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
119   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
120   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
121   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
122
123   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
124     Color us = pos.side_to_move();
125     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
126           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
127           : pos.gives_check(move);
128   }
129
130   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
131   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
132   template<bool Root>
133   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
134
135     StateInfo st;
136     uint64_t cnt, nodes = 0;
137     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
138
139     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
140     {
141         if (Root && depth <= ONE_PLY)
142             cnt = 1, nodes++;
143         else
144         {
145             pos.do_move(m, st);
146             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
147             nodes += cnt;
148             pos.undo_move(m);
149         }
150         if (Root)
151             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
152     }
153     return nodes;
154   }
155
156 } // namespace
157
158
159 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
160
161 void Search::init() {
162
163   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
164       for (int d = 1; d < 64; ++d)
165           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
166           {
167               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
168
169               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
170               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
171
172               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
173               if (!imp && r > 1.0)
174                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
175           }
176
177   for (int d = 0; d < 16; ++d)
178   {
179       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
180       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
181   }
182 }
183
184
185 /// Search::clear() resets search state to its initial value
186
187 void Search::clear() {
188
189   Threads.main()->wait_for_search_finished();
190
191   Time.availableNodes = 0;
192   TT.clear();
193   Threads.clear();
194 }
195
196
197 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
198 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
199
200 void MainThread::search() {
201
202   if (Limits.perft)
203   {
204       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
205       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
206       return;
207   }
208
209   Color us = rootPos.side_to_move();
210   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
211   TT.new_search();
212
213   if (rootMoves.empty())
214   {
215       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
216       sync_cout << "info depth 0 score "
217                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
218                 << sync_endl;
219   }
220   else
221   {
222       for (Thread* th : Threads)
223           if (th != this)
224               th->start_searching();
225
226       Thread::search(); // Let's start searching!
227   }
228
229   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
230   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
231   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
232   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
233   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
234   Threads.stopOnPonderhit = true;
235
236   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
237   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
238
239   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
240   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
241   Threads.stop = true;
242
243   // Wait until all threads have finished
244   for (Thread* th : Threads)
245       if (th != this)
246           th->wait_for_search_finished();
247
248   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
249   // the available ones before exiting.
250   if (Limits.npmsec)
251       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
252
253   // Check if there are threads with a better score than main thread
254   Thread* bestThread = this;
255   if (    Options["MultiPV"] == 1
256       && !Limits.depth
257       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
258       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
259   {
260       for (Thread* th : Threads)
261       {
262           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
263           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
264
265           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
266           if (    scoreDiff > 0
267               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
268               bestThread = th;
269       }
270   }
271
272   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
273
274   // Send again PV info if we have a new best thread
275   if (bestThread != this)
276       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
277
278   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
279
280   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
281       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
282
283   std::cout << sync_endl;
284 }
285
286
287 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
288 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
289 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291 void Thread::search() {
292
293   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
294   Value bestValue, alpha, beta, delta;
295   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
296   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
297   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
298   double timeReduction = 1.0;
299   Color us = rootPos.side_to_move();
300
301   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
302   for (int i = 4; i > 0; i--)
303      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
304
305   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
306   beta = VALUE_INFINITE;
307
308   if (mainThread)
309       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
310
311   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
312   Skill skill(Options["Skill Level"]);
313
314   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
315   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316   if (skill.enabled())
317       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
318
319   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
320
321   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
322   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
323                           : -make_score(ct, ct / 2));
324
325   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
326   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
327          && !Threads.stop
328          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
329   {
330       // Distribute search depths across the helper threads
331       if (idx > 0)
332       {
333           int i = (idx - 1) % 20;
334           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
335               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
336       }
337
338       // Age out PV variability metric
339       if (mainThread)
340           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
341
342       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
343       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
344       for (RootMove& rm : rootMoves)
345           rm.previousScore = rm.score;
346
347       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
348       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
349       {
350           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
351           selDepth = 0;
352
353           // Reset aspiration window starting size
354           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
355           {
356               Value previousScore = rootMoves[PVIdx].previousScore;
357               delta = Value(18);
358               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
359               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
360
361               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               ct += int(std::round(48 * atan(float(previousScore) / 128)));
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
367                                       : -make_score(ct, ct / 2));
368           }
369
370           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
371           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
372           // high/low anymore.
373           while (true)
374           {
375               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
376
377               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
378               // is done with a stable algorithm because all the values but the
379               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
380               // and we want to keep the same order for all the moves except the
381               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
382               // search the already searched PV lines are preserved.
383               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
384
385               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
386               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
387               // the previous iteration.
388               if (Threads.stop)
389                   break;
390
391               // When failing high/low give some update (without cluttering
392               // the UI) before a re-search.
393               if (   mainThread
394                   && multiPV == 1
395                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
396                   && Time.elapsed() > 3000)
397                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
398
399               // In case of failing low/high increase aspiration window and
400               // re-search, otherwise exit the loop.
401               if (bestValue <= alpha)
402               {
403                   beta = (alpha + beta) / 2;
404                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
405
406                   if (mainThread)
407                   {
408                       mainThread->failedLow = true;
409                       Threads.stopOnPonderhit = false;
410                   }
411               }
412               else if (bestValue >= beta)
413                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
414               else
415                   break;
416
417               delta += delta / 4 + 5;
418
419               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
420           }
421
422           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
423           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
424
425           if (    mainThread
426               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
427               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
428       }
429
430       if (!Threads.stop)
431           completedDepth = rootDepth;
432
433       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
434          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
435          lastBestMoveDepth = rootDepth;
436       }
437
438       // Have we found a "mate in x"?
439       if (   Limits.mate
440           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
441           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
442           Threads.stop = true;
443
444       if (!mainThread)
445           continue;
446
447       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
448       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
449           skill.pick_best(multiPV);
450
451       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
452       if (    Limits.use_time_management()
453           && !Threads.stop
454           && !Threads.stopOnPonderhit)
455           {
456               const int F[] = { mainThread->failedLow,
457                                 bestValue - mainThread->previousScore };
458
459               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
460
461               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
462               timeReduction = 1.0;
463               for (int i : {3, 4, 5})
464                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
465                      timeReduction *= 1.25;
466
467               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
468               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
469               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
470
471               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
472               if (   rootMoves.size() == 1
473                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
474               {
475                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
476                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
477                   if (Threads.ponder)
478                       Threads.stopOnPonderhit = true;
479                   else
480                       Threads.stop = true;
481               }
482           }
483   }
484
485   if (!mainThread)
486       return;
487
488   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
489
490   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
491   if (skill.enabled())
492       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
493                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
494 }
495
496
497 namespace {
498
499   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
500
501   template <NodeType NT>
502   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
503
504     // Use quiescence search when needed
505     if (depth < ONE_PLY)
506         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
507
508     constexpr bool PvNode = NT == PV;
509     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
510
511     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
512     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
513     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
514     assert(!(PvNode && cutNode));
515     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
516
517     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
518     StateInfo st;
519     TTEntry* tte;
520     Key posKey;
521     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
522     Depth extension, newDepth;
523     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
524     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
525     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
526     Piece movedPiece;
527     int moveCount, captureCount, quietCount;
528
529     // Step 1. Initialize node
530     Thread* thisThread = pos.this_thread();
531     inCheck = pos.checkers();
532     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
533     bestValue = -VALUE_INFINITE;
534     maxValue = VALUE_INFINITE;
535
536     // Check for the available remaining time
537     if (thisThread == Threads.main())
538         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
539
540     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
541     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
542         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
543
544     if (!rootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
548             || pos.is_draw(ss->ply)
549             || ss->ply >= MAX_PLY)
550             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
551
552         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
553         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
554         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
555         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
556         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
557         // mate. In this case return a fail-high score.
558         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
559         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
560         if (alpha >= beta)
561             return alpha;
562     }
563
564     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
565
566     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
567     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
568     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
569     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
570     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
571
572     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
573     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
574     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
575     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
576     // LMR which are based on the statScore of parent position.
577     (ss+2)->statScore = 0;
578
579     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
580     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
581     // position key in case of an excluded move.
582     excludedMove = ss->excludedMove;
583     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
584     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
585     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
586     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
587             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
588
589     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
590     if (  !PvNode
591         && ttHit
592         && tte->depth() >= depth
593         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
594         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
595                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
596     {
597         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
598         if (ttMove)
599         {
600             if (ttValue >= beta)
601             {
602                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
603                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
604
605                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
606                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
607                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
608             }
609             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
610             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
611             {
612                 int penalty = -stat_bonus(depth);
613                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
614                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
615             }
616         }
617         return ttValue;
618     }
619
620     // Step 5. Tablebases probe
621     if (!rootNode && TB::Cardinality)
622     {
623         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
624
625         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
626             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
627             &&  pos.rule50_count() == 0
628             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
629         {
630             TB::ProbeState err;
631             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
632
633             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
634             {
635                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
636
637                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
638
639                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
640                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
641                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
642
643                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
644                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
645
646                 if (    b == BOUND_EXACT
647                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
648                 {
649                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
650                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
651                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
652
653                     return value;
654                 }
655
656                 if (PvNode)
657                 {
658                     if (b == BOUND_LOWER)
659                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
660                     else
661                         maxValue = value;
662                 }
663             }
664         }
665     }
666
667     // Step 6. Evaluate the position statically
668     if (inCheck)
669     {
670         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
671         improving = false;
672         goto moves_loop;
673     }
674     else if (ttHit)
675     {
676         // Never assume anything on values stored in TT
677         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
678             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
679
680         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
681         if (    ttValue != VALUE_NONE
682             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
683             eval = ttValue;
684     }
685     else
686     {
687         ss->staticEval = eval =
688         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
689                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
690
691         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
692                   ss->staticEval, TT.generation());
693     }
694
695     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
696                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
697
698     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
699         goto moves_loop;
700
701     // Step 7. Razoring (skipped when in check, ~2 Elo)
702     if (  !PvNode
703         && depth < 3 * ONE_PLY
704         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
705     {
706         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
707         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
708         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
709             return v;
710     }
711
712     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check, ~30 Elo)
713     if (   !rootNode
714         &&  depth < 7 * ONE_PLY
715         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
716         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
717         return eval;
718
719     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
720     if (   !PvNode
721         &&  eval >= beta
722         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
723         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
724     {
725         assert(eval - beta >= 0);
726
727         // Null move dynamic reduction based on depth and value
728         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
729
730         ss->currentMove = MOVE_NULL;
731         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
732
733         pos.do_null_move(st);
734
735         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
736
737         pos.undo_null_move();
738
739         if (nullValue >= beta)
740         {
741             // Do not return unproven mate scores
742             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
743                 nullValue = beta;
744
745             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
746                 return nullValue;
747
748             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
749             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
750             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
751             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
752
753             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
754
755             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
756
757             if (v >= beta)
758                 return nullValue;
759         }
760     }
761
762     // Step 10. ProbCut (skipped when in check, ~10 Elo)
763     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
764     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
765     if (   !PvNode
766         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
767         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768     {
769         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
770
771         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
772         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
773         int probCutCount = 0;
774
775         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
776                && probCutCount < 3)
777             if (pos.legal(move))
778             {
779                 probCutCount++;
780
781                 ss->currentMove = move;
782                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
783
784                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
785
786                 pos.do_move(move, st);
787
788                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
789                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
790
791                 // If the qsearch held perform the regular search
792                 if (value >= rbeta)
793                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
794
795                 pos.undo_move(move);
796
797                 if (value >= rbeta)
798                     return value;
799             }
800     }
801
802     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check, ~2 Elo)
803     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
804         && !ttMove
805         && (PvNode || ss->staticEval + 128 >= beta))
806     {
807         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
808         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
809
810         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
811         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
812         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
813     }
814
815 moves_loop: // When in check, search starts from here
816
817     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
818     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
819
820     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
821     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
822
823     skipQuiets = false;
824     ttCapture = false;
825     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
826
827     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
828     // or a beta cutoff occurs.
829     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
830     {
831       assert(is_ok(move));
832
833       if (move == excludedMove)
834           continue;
835
836       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
837       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
838       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
839       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
840                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
841           continue;
842
843       ss->moveCount = ++moveCount;
844
845       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
846           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
847                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
848                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
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       givesCheck = gives_check(pos, move);
856
857       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
858                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
859
860       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
861
862       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
863       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
864       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
865       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
866       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
867       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
868           &&  move == ttMove
869           && !rootNode
870           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
871           &&  ttValue != VALUE_NONE
872           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
873           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
874           &&  pos.legal(move))
875       {
876           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
877           ss->excludedMove = move;
878           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
879           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
880
881           if (value < rBeta)
882               extension = ONE_PLY;
883       }
884       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
885                && !moveCountPruning
886                &&  pos.see_ge(move))
887           extension = ONE_PLY;
888
889       // Calculate new depth for this move
890       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
891
892       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
893       if (  !rootNode
894           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
895           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
896       {
897           if (   !captureOrPromotion
898               && !givesCheck
899               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
900           {
901               // Move count based pruning (~30 Elo)
902               if (moveCountPruning)
903               {
904                   skipQuiets = true;
905                   continue;
906               }
907
908               // Reduced depth of the next LMR search
909               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
910
911               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
912               if (   lmrDepth < 3
913                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
914                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
915                   continue;
916
917               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
918               if (   lmrDepth < 7
919                   && !inCheck
920                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
921                   continue;
922
923               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
924               if (   lmrDepth < 8
925                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
926                   continue;
927           }
928           else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
929                    && !extension
930                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
931                   continue;
932       }
933
934       // Speculative prefetch as early as possible
935       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
936
937       // Check for legality just before making the move
938       if (!rootNode && !pos.legal(move))
939       {
940           ss->moveCount = --moveCount;
941           continue;
942       }
943
944       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
945           ttCapture = true;
946
947       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
948       ss->currentMove = move;
949       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
950
951       // Step 15. Make the move
952       pos.do_move(move, st, givesCheck);
953
954       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
955       // re-searched at full depth.
956       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
957           &&  moveCount > 1
958           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
959       {
960           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
961
962           if (captureOrPromotion)
963               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
964           else
965           {
966               // Decrease reduction if opponent's move count is high
967               if ((ss-1)->moveCount > 15)
968                   r -= ONE_PLY;
969
970               // Decrease reduction for exact PV nodes
971               if (pvExact)
972                   r -= ONE_PLY;
973
974               // Increase reduction if ttMove is a capture
975               if (ttCapture)
976                   r += ONE_PLY;
977
978               // Increase reduction for cut nodes
979               if (cutNode)
980                   r += 2 * ONE_PLY;
981
982               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
983               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
984               // hence break make_move().
985               else if (    type_of(move) == NORMAL
986                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
987                   r -= 2 * ONE_PLY;
988
989               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
990                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
991                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
992                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
993                              - 4000;
994
995               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
996               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
997                   r -= ONE_PLY;
998
999               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1000                   r += ONE_PLY;
1001
1002               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1003               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1004           }
1005
1006           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1007
1008           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1009
1010           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1011       }
1012       else
1013           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1014
1015       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1016       if (doFullDepthSearch)
1017           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1018
1019       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1020       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1021       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1022       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1023       {
1024           (ss+1)->pv = pv;
1025           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1026
1027           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1028       }
1029
1030       // Step 18. Undo move
1031       pos.undo_move(move);
1032
1033       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1034
1035       // Step 19. Check for a new best move
1036       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1037       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1038       // updating best move, PV and TT.
1039       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1040           return VALUE_ZERO;
1041
1042       if (rootNode)
1043       {
1044           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1045                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1046
1047           // PV move or new best move?
1048           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1049           {
1050               rm.score = value;
1051               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1052               rm.pv.resize(1);
1053
1054               assert((ss+1)->pv);
1055
1056               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1057                   rm.pv.push_back(*m);
1058
1059               // We record how often the best move has been changed in each
1060               // iteration. This information is used for time management: When
1061               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1062               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1063                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1064           }
1065           else
1066               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1067               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1068               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1069               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1070       }
1071
1072       if (value > bestValue)
1073       {
1074           bestValue = value;
1075
1076           if (value > alpha)
1077           {
1078               bestMove = move;
1079
1080               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1081                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1082
1083               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1084                   alpha = value;
1085               else
1086               {
1087                   assert(value >= beta); // Fail high
1088                   break;
1089               }
1090           }
1091       }
1092
1093       if (move != bestMove)
1094       {
1095           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1096               capturesSearched[captureCount++] = move;
1097
1098           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1099               quietsSearched[quietCount++] = move;
1100       }
1101     }
1102
1103     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1104     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1105     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1106     /*
1107        if (Threads.stop)
1108         return VALUE_DRAW;
1109     */
1110
1111     // Step 20. Check for mate and stalemate
1112     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1113     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1114     // return a fail low score.
1115
1116     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1117
1118     if (!moveCount)
1119         bestValue = excludedMove ? alpha
1120                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1121     else if (bestMove)
1122     {
1123         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1124         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1125             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1126         else
1127             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1128
1129         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1130         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1131             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1132     }
1133     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1134     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1135              && !pos.captured_piece()
1136              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1137         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1138
1139     if (PvNode)
1140         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1141
1142     if (!excludedMove)
1143         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1144                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1145                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1146                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1147
1148     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1149
1150     return bestValue;
1151   }
1152
1153
1154   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1155   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1156   template <NodeType NT>
1157   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1158
1159     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1160
1161     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1162     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1163     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1164     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1165
1166     Move pv[MAX_PLY+1];
1167     StateInfo st;
1168     TTEntry* tte;
1169     Key posKey;
1170     Move ttMove, move, bestMove;
1171     Depth ttDepth;
1172     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1173     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1174     int moveCount;
1175
1176     if (PvNode)
1177     {
1178         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1179         (ss+1)->pv = pv;
1180         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1181     }
1182
1183     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1184     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1185     inCheck = pos.checkers();
1186     moveCount = 0;
1187
1188     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1189     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1190         || ss->ply >= MAX_PLY)
1191         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1192
1193     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1194
1195     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1196     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1197     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1198     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1199                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1200     // Transposition table lookup
1201     posKey = pos.key();
1202     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1203     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1204     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1205
1206     if (  !PvNode
1207         && ttHit
1208         && tte->depth() >= ttDepth
1209         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1210         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1211                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1212         return ttValue;
1213
1214     // Evaluate the position statically
1215     if (inCheck)
1216     {
1217         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1218         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1219     }
1220     else
1221     {
1222         if (ttHit)
1223         {
1224             // Never assume anything on values stored in TT
1225             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1226                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1227
1228             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1229             if (   ttValue != VALUE_NONE
1230                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1231                 bestValue = ttValue;
1232         }
1233         else
1234             ss->staticEval = bestValue =
1235             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1236                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1237
1238         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1239         if (bestValue >= beta)
1240         {
1241             if (!ttHit)
1242                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1243                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1244
1245             return bestValue;
1246         }
1247
1248         if (PvNode && bestValue > alpha)
1249             alpha = bestValue;
1250
1251         futilityBase = bestValue + 128;
1252     }
1253
1254     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1255     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1256     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1257     // be generated.
1258     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1259
1260     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1261     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1262     {
1263       assert(is_ok(move));
1264
1265       givesCheck = gives_check(pos, move);
1266
1267       moveCount++;
1268
1269       // Futility pruning
1270       if (   !inCheck
1271           && !givesCheck
1272           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1273           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1274       {
1275           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1276
1277           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1278
1279           if (futilityValue <= alpha)
1280           {
1281               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1282               continue;
1283           }
1284
1285           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1286           {
1287               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1288               continue;
1289           }
1290       }
1291
1292       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1293       evasionPrunable =    inCheck
1294                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1295                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1296                        && !pos.capture(move);
1297
1298       // Don't search moves with negative SEE values
1299       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1300           && !pos.see_ge(move))
1301           continue;
1302
1303       // Speculative prefetch as early as possible
1304       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1305
1306       // Check for legality just before making the move
1307       if (!pos.legal(move))
1308       {
1309           moveCount--;
1310           continue;
1311       }
1312
1313       ss->currentMove = move;
1314
1315       // Make and search the move
1316       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1317       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1318       pos.undo_move(move);
1319
1320       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1321
1322       // Check for a new best move
1323       if (value > bestValue)
1324       {
1325           bestValue = value;
1326
1327           if (value > alpha)
1328           {
1329               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1330                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1331
1332               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1333               {
1334                   alpha = value;
1335                   bestMove = move;
1336               }
1337               else // Fail high
1338               {
1339                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1340                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1341
1342                   return value;
1343               }
1344           }
1345        }
1346     }
1347
1348     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1349     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1350     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1351         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1352
1353     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1354               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1355               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1356
1357     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1358
1359     return bestValue;
1360   }
1361
1362
1363   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1364   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1365   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1366
1367   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1368
1369     assert(v != VALUE_NONE);
1370
1371     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1372           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1373   }
1374
1375
1376   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1377   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1378   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1379
1380   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1381
1382     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1383           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1384           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1385   }
1386
1387
1388   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1389
1390   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1391
1392     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1393         *pv++ = *childPv++;
1394     *pv = MOVE_NONE;
1395   }
1396
1397
1398   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1399   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1400
1401   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1402
1403     for (int i : {1, 2, 4})
1404         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1405             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1406   }
1407
1408
1409   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1410
1411   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1412                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1413
1414       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1415       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1416       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1417       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1418
1419       // Decrease all the other played capture moves
1420       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1421       {
1422           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1423           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1424           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1425       }
1426   }
1427
1428
1429   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1430
1431   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1432                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1433
1434     if (ss->killers[0] != move)
1435     {
1436         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1437         ss->killers[0] = move;
1438     }
1439
1440     Color us = pos.side_to_move();
1441     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1442     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1443     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1444
1445     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1446     {
1447         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1448         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1449     }
1450
1451     // Decrease all the other played quiet moves
1452     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1453     {
1454         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1455         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1456     }
1457   }
1458
1459   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1460   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1461
1462   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1463
1464     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1465     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1466
1467     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1468     Value topScore = rootMoves[0].score;
1469     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1470     int weakness = 120 - 2 * level;
1471     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1472
1473     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1474     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1475     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1476     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1477     {
1478         // This is our magic formula
1479         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1480                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1481
1482         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1483         {
1484             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1485             best = rootMoves[i].pv[0];
1486         }
1487     }
1488
1489     return best;
1490   }
1491
1492 } // namespace
1493
1494 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1495 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1496
1497 void MainThread::check_time() {
1498
1499   if (--callsCnt > 0)
1500       return;
1501
1502   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1503   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1504
1505   static TimePoint lastInfoTime = now();
1506
1507   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1508   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1509
1510   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1511   {
1512       lastInfoTime = tick;
1513       dbg_print();
1514   }
1515
1516   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1517   if (Threads.ponder)
1518       return;
1519
1520   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1521       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1522       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1523       Threads.stop = true;
1524 }
1525
1526
1527 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1528 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1529
1530 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1531
1532   std::stringstream ss;
1533   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1534   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1535   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1536   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1537   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1538   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1539
1540   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1541   {
1542       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1543
1544       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1545           continue;
1546
1547       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1548       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1549
1550       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1551       v = tb ? TB::Score : v;
1552
1553       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1554           ss << "\n";
1555
1556       ss << "info"
1557          << " depth "    << d / ONE_PLY
1558          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1559          << " multipv "  << i + 1
1560          << " score "    << UCI::value(v);
1561
1562       if (!tb && i == PVIdx)
1563           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1564
1565       ss << " nodes "    << nodesSearched
1566          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1567
1568       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1569           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1570
1571       ss << " tbhits "   << tbHits
1572          << " time "     << elapsed
1573          << " pv";
1574
1575       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1576           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1577   }
1578
1579   return ss.str();
1580 }
1581
1582
1583 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1584 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1585 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1586 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1587
1588 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1589
1590     StateInfo st;
1591     bool ttHit;
1592
1593     assert(pv.size() == 1);
1594
1595     if (!pv[0])
1596         return false;
1597
1598     pos.do_move(pv[0], st);
1599     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1600
1601     if (ttHit)
1602     {
1603         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1604         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1605             pv.push_back(m);
1606     }
1607
1608     pos.undo_move(pv[0]);
1609     return pv.size() > 1;
1610 }
1611
1612
1613 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1614
1615     RootInTB = false;
1616     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1617     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1618     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1619
1620     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1621     if (Cardinality > MaxCardinality)
1622     {
1623         Cardinality = MaxCardinality;
1624         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1625     }
1626
1627     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1628         return;
1629
1630     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1631     if (Options["MultiPV"] != 1)
1632         return;
1633
1634     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1635     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1636     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1637
1638     if (RootInTB)
1639         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1640
1641     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1642     {
1643         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1644         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1645
1646         // Only probe during search if winning
1647         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1648             Cardinality = 0;
1649     }
1650
1651     if (RootInTB && !UseRule50)
1652         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1653                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1654                                             :  VALUE_DRAW;
1655
1656     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1657     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1658     for (RootMove& rm : rootMoves)
1659         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1660 }