Replace std::mins/max with clamp function (#2062)
[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) 2015-2019 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 <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "position.h"
32 #include "search.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   LimitsType Limits;
42 }
43
44 namespace Tablebases {
45
46   int Cardinality;
47   bool RootInTB;
48   bool UseRule50;
49   Depth ProbeDepth;
50 }
51
52 namespace TB = Tablebases;
53
54 using std::string;
55 using Eval::evaluate;
56 using namespace Search;
57
58 namespace {
59
60   // Different node types, used as a template parameter
61   enum NodeType { NonPV, PV };
62
63   // Razor and futility margins
64   constexpr int RazorMargin = 600;
65   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
66     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
67   }
68
69   // Reductions lookup table, initialized at startup
70   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
71
72   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
73     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
74     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
75   }
76
77   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
78     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
88   // and to avoid 3fold-blindness.
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
91                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   template <NodeType NT>
106   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
107
108   template <NodeType NT>
109   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
110
111   Value value_to_tt(Value v, int ply);
112   Value value_from_tt(Value v, int ply);
113   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
114   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
115   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
116   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
117
118   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
119   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
120   template<bool Root>
121   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
122
123     StateInfo st;
124     uint64_t cnt, nodes = 0;
125     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
126
127     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
128     {
129         if (Root && depth <= ONE_PLY)
130             cnt = 1, nodes++;
131         else
132         {
133             pos.do_move(m, st);
134             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
135             nodes += cnt;
136             pos.undo_move(m);
137         }
138         if (Root)
139             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
140     }
141     return nodes;
142   }
143
144 } // namespace
145
146
147 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
148
149 void Search::init() {
150
151   for (int i = 1; i < 64; ++i)
152       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
153 }
154
155
156 /// Search::clear() resets search state to its initial value
157
158 void Search::clear() {
159
160   Threads.main()->wait_for_search_finished();
161
162   Time.availableNodes = 0;
163   TT.clear();
164   Threads.clear();
165   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
166 }
167
168
169 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
170 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
171
172 void MainThread::search() {
173
174   if (Limits.perft)
175   {
176       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
177       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
178       return;
179   }
180
181   Color us = rootPos.side_to_move();
182   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
183   TT.new_search();
184
185   if (rootMoves.empty())
186   {
187       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
188       sync_cout << "info depth 0 score "
189                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
190                 << sync_endl;
191   }
192   else
193   {
194       for (Thread* th : Threads)
195           if (th != this)
196               th->start_searching();
197
198       Thread::search(); // Let's start searching!
199   }
200
201   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
202   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
203   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
204   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
205   // until the GUI sends one of those commands.
206
207   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
208   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
209
210   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
211   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
212   Threads.stop = true;
213
214   // Wait until all threads have finished
215   for (Thread* th : Threads)
216       if (th != this)
217           th->wait_for_search_finished();
218
219   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
220   // the available ones before exiting.
221   if (Limits.npmsec)
222       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
223
224   // Check if there are threads with a better score than main thread
225   Thread* bestThread = this;
226   if (    Options["MultiPV"] == 1
227       && !Limits.depth
228       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
229       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
230   {
231       std::map<Move, int64_t> votes;
232       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
233
234       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
235       for (Thread* th: Threads)
236           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
237
238       // Vote according to score and depth
239       for (Thread* th : Threads)
240       {
241           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
242           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
243       }
244
245       // Select best thread
246       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
247       for (Thread* th : Threads)
248           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
249           {
250               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
251               bestThread = th;
252           }
253   }
254
255   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
256
257   // Send again PV info if we have a new best thread
258   if (bestThread != this)
259       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
260
261   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
262
263   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
264       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
265
266   std::cout << sync_endl;
267 }
268
269
270 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
271 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
272 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
273
274 void Thread::search() {
275
276   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
277   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
278   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
279   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
280   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
281   Move  pv[MAX_PLY+1];
282   Value bestValue, alpha, beta, delta;
283   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
284   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
285   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
286   double timeReduction = 1.0;
287   Color us = rootPos.side_to_move();
288
289   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
290   for (int i = 7; i > 0; i--)
291      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
292   ss->pv = pv;
293
294   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295   beta = VALUE_INFINITE;
296
297   if (mainThread)
298       mainThread->bestMoveChanges = 0;
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311
312   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
313   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
314       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
315           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
316           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
318           : ct;
319
320   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
321   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
322                           : -make_score(ct, ct / 2));
323
324   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
325   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
326          && !Threads.stop
327          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
328   {
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       size_t pvFirst = 0;
339       pvLast = 0;
340
341       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
342       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
343       {
344           if (pvIdx == pvLast)
345           {
346               pvFirst = pvLast;
347               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
348                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
349                       break;
350           }
351
352           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
353           selDepth = 0;
354
355           // Reset aspiration window starting size
356           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
357           {
358               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
359               delta = Value(20);
360               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
361               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
367                                       : -make_score(dct, dct / 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           int failedHighCnt = 0;
374           while (true)
375           {
376               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
377               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
378
379               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
380               // is done with a stable algorithm because all the values but the
381               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
382               // and we want to keep the same order for all the moves except the
383               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
384               // search the already searched PV lines are preserved.
385               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
386
387               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
388               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
389               // the previous iteration.
390               if (Threads.stop)
391                   break;
392
393               // When failing high/low give some update (without cluttering
394               // the UI) before a re-search.
395               if (   mainThread
396                   && multiPV == 1
397                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
398                   && Time.elapsed() > 3000)
399                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
400
401               // In case of failing low/high increase aspiration window and
402               // re-search, otherwise exit the loop.
403               if (bestValue <= alpha)
404               {
405                   beta = (alpha + beta) / 2;
406                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
407
408                   if (mainThread)
409                   {
410                       failedHighCnt = 0;
411                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
412                   }
413               }
414               else if (bestValue >= beta)
415               {
416                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
417                   if (mainThread)
418                       ++failedHighCnt;
419               }
420               else
421                   break;
422
423               delta += delta / 4 + 5;
424
425               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
426           }
427
428           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
429           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
430
431           if (    mainThread
432               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
433               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434       }
435
436       if (!Threads.stop)
437           completedDepth = rootDepth;
438
439       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
440          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
441          lastBestMoveDepth = rootDepth;
442       }
443
444       // Have we found a "mate in x"?
445       if (   Limits.mate
446           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
447           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
448           Threads.stop = true;
449
450       if (!mainThread)
451           continue;
452
453       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
454       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
455           skill.pick_best(multiPV);
456
457       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
458       if (    Limits.use_time_management()
459           && !Threads.stop
460           && !mainThread->stopOnPonderhit)
461       {
462           double fallingEval = (306 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
463           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
464
465           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
466           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
467           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
468
469           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
470           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
471
472           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
473           if (   rootMoves.size() == 1
474               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
475           {
476               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
477               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
478               if (mainThread->ponder)
479                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
480               else
481                   Threads.stop = true;
482           }
483       }
484   }
485
486   if (!mainThread)
487       return;
488
489   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
490
491   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
492   if (skill.enabled())
493       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
494                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
495 }
496
497
498 namespace {
499
500   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
501
502   template <NodeType NT>
503   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
504
505     constexpr bool PvNode = NT == PV;
506     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
507
508     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
509     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
510     if (   pos.rule50_count() >= 3
511         && alpha < VALUE_DRAW
512         && !rootNode
513         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
514     {
515         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
516         if (alpha >= beta)
517             return alpha;
518     }
519
520     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
521     if (depth < ONE_PLY)
522         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
523
524     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
525     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
526     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
527     assert(!(PvNode && cutNode));
528     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
529
530     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
531     StateInfo st;
532     TTEntry* tte;
533     Key posKey;
534     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
535     Depth extension, newDepth;
536     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
537     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
538     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
539     Piece movedPiece;
540     int moveCount, captureCount, quietCount;
541
542     // Step 1. Initialize node
543     Thread* thisThread = pos.this_thread();
544     inCheck = pos.checkers();
545     Color us = pos.side_to_move();
546     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
547     bestValue = -VALUE_INFINITE;
548     maxValue = VALUE_INFINITE;
549
550     // Check for the available remaining time
551     if (thisThread == Threads.main())
552         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
553
554     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
555     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
556         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
557
558     if (!rootNode)
559     {
560         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
561         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
562             || pos.is_draw(ss->ply)
563             || ss->ply >= MAX_PLY)
564             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
565                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
566
567         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
568         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
569         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
570         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
571         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
572         // mate. In this case return a fail-high score.
573         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
574         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
575         if (alpha >= beta)
576             return alpha;
577     }
578
579     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
580
581     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
582     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
583     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
584     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
585     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
586
587     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
588     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
589     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
590     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
591     // LMR which are based on the statScore of parent position.
592     (ss+2)->statScore = 0;
593
594     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
595     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
596     // position key in case of an excluded move.
597     excludedMove = ss->excludedMove;
598     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
599     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
600     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
601     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
602             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
603     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
604
605     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
606     if (  !PvNode
607         && ttHit
608         && tte->depth() >= depth
609         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
610         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
611                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
612     {
613         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
614         if (ttMove)
615         {
616             if (ttValue >= beta)
617             {
618                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
619                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
620
621                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
622                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
623                      && !pos.captured_piece())
624                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
625             }
626             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
627             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
628             {
629                 int penalty = -stat_bonus(depth);
630                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
631                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
632             }
633         }
634         return ttValue;
635     }
636
637     // Step 5. Tablebases probe
638     if (!rootNode && TB::Cardinality)
639     {
640         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
641
642         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
643             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
644             &&  pos.rule50_count() == 0
645             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
646         {
647             TB::ProbeState err;
648             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
649
650             // Force check of time on the next occasion
651             if (thisThread == Threads.main())
652                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
653
654             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
655             {
656                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
657
658                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
659
660                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
661                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
662                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
663
664                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
665                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
666
667                 if (    b == BOUND_EXACT
668                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
669                 {
670                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
671                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
672                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
673
674                     return value;
675                 }
676
677                 if (PvNode)
678                 {
679                     if (b == BOUND_LOWER)
680                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
681                     else
682                         maxValue = value;
683                 }
684             }
685         }
686     }
687
688     // Step 6. Static evaluation of the position
689     if (inCheck)
690     {
691         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
692         improving = false;
693         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
694     }
695     else if (ttHit)
696     {
697         // Never assume anything on values stored in TT
698         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
699         if (eval == VALUE_NONE)
700             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
701
702         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
703         if (    ttValue != VALUE_NONE
704             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
705             eval = ttValue;
706     }
707     else
708     {
709         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
710         {
711             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
712
713             pureStaticEval = evaluate(pos);
714             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
715         }
716         else
717             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
718
719         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
720     }
721
722     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
723     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
724         &&  depth < 2 * ONE_PLY
725         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
726         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
727
728     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
729                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
730
731     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
732     if (   !PvNode
733         &&  depth < 7 * ONE_PLY
734         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
735         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
736         return eval;
737
738     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
739     if (   !PvNode
740         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
741         && (ss-1)->statScore < 23200
742         &&  eval >= beta
743         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
744         && !excludedMove
745         &&  pos.non_pawn_material(us)
746         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
747     {
748         assert(eval - beta >= 0);
749
750         // Null move dynamic reduction based on depth and value
751         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
752
753         ss->currentMove = MOVE_NULL;
754         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
755
756         pos.do_null_move(st);
757
758         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
759
760         pos.undo_null_move();
761
762         if (nullValue >= beta)
763         {
764             // Do not return unproven mate scores
765             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
766                 nullValue = beta;
767
768             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
769                 return nullValue;
770
771             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
772
773             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
774             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
775             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
776             thisThread->nmpColor = us;
777
778             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
779
780             thisThread->nmpMinPly = 0;
781
782             if (v >= beta)
783                 return nullValue;
784         }
785     }
786
787     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
788     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
789     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
790     if (   !PvNode
791         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
792         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
793     {
794         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
795         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
796         int probCutCount = 0;
797
798         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
799                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
800             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
801             {
802                 probCutCount++;
803
804                 ss->currentMove = move;
805                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
806
807                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
808
809                 pos.do_move(move, st);
810
811                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
812                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
813
814                 // If the qsearch held, perform the regular search
815                 if (value >= raisedBeta)
816                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
817
818                 pos.undo_move(move);
819
820                 if (value >= raisedBeta)
821                     return value;
822             }
823     }
824
825     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
826     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
827         && !ttMove)
828     {
829         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
830
831         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
832         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
833         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
834     }
835
836 moves_loop: // When in check, search starts from here
837
838     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
839                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
840                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
841     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
842
843     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
844                                       &thisThread->captureHistory,
845                                       contHist,
846                                       countermove,
847                                       ss->killers);
848     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
849
850     moveCountPruning = false;
851     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
852
853     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
854     // or a beta cutoff occurs.
855     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
856     {
857       assert(is_ok(move));
858
859       if (move == excludedMove)
860           continue;
861
862       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
863       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
864       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
865       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
866       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
867                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
868           continue;
869
870       ss->moveCount = ++moveCount;
871
872       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
873           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
874                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
875                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
876       if (PvNode)
877           (ss+1)->pv = nullptr;
878
879       extension = DEPTH_ZERO;
880       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
881       movedPiece = pos.moved_piece(move);
882       givesCheck = pos.gives_check(move);
883
884       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
885
886       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
887       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
888       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
889       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
890       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
891       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
892           &&  move == ttMove
893           && !rootNode
894           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
895       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
896           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
897           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
898           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
899           &&  pos.legal(move))
900       {
901           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
902           ss->excludedMove = move;
903           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
904           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
905
906           if (value < singularBeta)
907               extension = ONE_PLY;
908
909           // Multi-cut pruning
910           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
911           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
912           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
913           // the hard beta bound.
914           else if (cutNode && singularBeta > beta)
915               return beta;
916       }
917
918       // Check extension (~2 Elo)
919       else if (    givesCheck
920                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
921           extension = ONE_PLY;
922
923       // Castling extension
924       else if (type_of(move) == CASTLING)
925           extension = ONE_PLY;
926
927       // Calculate new depth for this move
928       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
929
930       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
931       if (  !rootNode
932           && pos.non_pawn_material(us)
933           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
934       {
935           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
936           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving,depth / ONE_PLY);
937
938           if (   !captureOrPromotion
939               && !givesCheck
940               && !pos.advanced_pawn_push(move))
941           {
942               // Move count based pruning (~30 Elo)
943               if (moveCountPruning)
944                   continue;
945
946               // Reduced depth of the next LMR search
947               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
948
949               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
950               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
951                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
952                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
953                   continue;
954
955               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
956               if (   lmrDepth < 7
957                   && !inCheck
958                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
959                   continue;
960
961               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
962               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
963                   continue;
964           }
965           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
966                   continue;
967       }
968
969       // Speculative prefetch as early as possible
970       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
971
972       // Check for legality just before making the move
973       if (!rootNode && !pos.legal(move))
974       {
975           ss->moveCount = --moveCount;
976           continue;
977       }
978
979       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
980       ss->currentMove = move;
981       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
982
983       // Step 15. Make the move
984       pos.do_move(move, st, givesCheck);
985
986       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
987       // re-searched at full depth.
988       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
989           &&  moveCount > 1
990           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
991       {
992           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
993
994           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
995           if (ttPv)
996               r -= ONE_PLY;
997
998           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
999           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1000               r -= ONE_PLY;
1001
1002           if (!captureOrPromotion)
1003           {
1004               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1005               if (ttCapture)
1006                   r += ONE_PLY;
1007
1008               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1009               if (cutNode)
1010                   r += 2 * ONE_PLY;
1011
1012               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1013               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1014               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1015               else if (    type_of(move) == NORMAL
1016                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1017                   r -= 2 * ONE_PLY;
1018
1019               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1020                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1021                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1022                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1023                              - 4000;
1024
1025               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1026               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1027                   r -= ONE_PLY;
1028
1029               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1030                   r += ONE_PLY;
1031
1032               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1033               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1034           }
1035
1036           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1037
1038           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1039
1040           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1041       }
1042       else
1043           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1044
1045       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1046       if (doFullDepthSearch)
1047           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1048
1049       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1050       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1051       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1052       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1053       {
1054           (ss+1)->pv = pv;
1055           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1056
1057           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1058       }
1059
1060       // Step 18. Undo move
1061       pos.undo_move(move);
1062
1063       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1064
1065       // Step 19. Check for a new best move
1066       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1067       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1068       // updating best move, PV and TT.
1069       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1070           return VALUE_ZERO;
1071
1072       if (rootNode)
1073       {
1074           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1075                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1076
1077           // PV move or new best move?
1078           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1079           {
1080               rm.score = value;
1081               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1082               rm.pv.resize(1);
1083
1084               assert((ss+1)->pv);
1085
1086               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1087                   rm.pv.push_back(*m);
1088
1089               // We record how often the best move has been changed in each
1090               // iteration. This information is used for time management: When
1091               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1092               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1093                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1094           }
1095           else
1096               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1097               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1098               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1099               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1100       }
1101
1102       if (value > bestValue)
1103       {
1104           bestValue = value;
1105
1106           if (value > alpha)
1107           {
1108               bestMove = move;
1109
1110               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1111                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1112
1113               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1114                   alpha = value;
1115               else
1116               {
1117                   assert(value >= beta); // Fail high
1118                   ss->statScore = 0;
1119                   break;
1120               }
1121           }
1122       }
1123
1124       if (move != bestMove)
1125       {
1126           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1127               capturesSearched[captureCount++] = move;
1128
1129           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1130               quietsSearched[quietCount++] = move;
1131       }
1132     }
1133
1134     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1135     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1136     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1137     /*
1138        if (Threads.stop)
1139         return VALUE_DRAW;
1140     */
1141
1142     // Step 20. Check for mate and stalemate
1143     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1144     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1145     // return a fail low score.
1146
1147     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1148
1149     if (!moveCount)
1150         bestValue = excludedMove ? alpha
1151                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1152     else if (bestMove)
1153     {
1154         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1155         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1156             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1157                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1158
1159         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1160
1161         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1162         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1163             && !pos.captured_piece())
1164                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1165
1166     }
1167     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1168     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1169              && !pos.captured_piece())
1170         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1171
1172     if (PvNode)
1173         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1174
1175     if (!excludedMove)
1176         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1177                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1178                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1179                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1180
1181     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1182
1183     return bestValue;
1184   }
1185
1186
1187   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1188   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1189   template <NodeType NT>
1190   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1191
1192     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1193
1194     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1195     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1196     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1197     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1198
1199     Move pv[MAX_PLY+1];
1200     StateInfo st;
1201     TTEntry* tte;
1202     Key posKey;
1203     Move ttMove, move, bestMove;
1204     Depth ttDepth;
1205     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1206     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1207     int moveCount;
1208
1209     if (PvNode)
1210     {
1211         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1212         (ss+1)->pv = pv;
1213         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1214     }
1215
1216     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1217     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1218     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1219     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1220     inCheck = pos.checkers();
1221     moveCount = 0;
1222
1223     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1224     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1225         || ss->ply >= MAX_PLY)
1226         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1227
1228     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1229
1230     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1231     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1232     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1233     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1234                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1235     // Transposition table lookup
1236     posKey = pos.key();
1237     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1238     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1239     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1240     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1241
1242     if (  !PvNode
1243         && ttHit
1244         && tte->depth() >= ttDepth
1245         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1246         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1247                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1248         return ttValue;
1249
1250     // Evaluate the position statically
1251     if (inCheck)
1252     {
1253         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1254         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1255     }
1256     else
1257     {
1258         if (ttHit)
1259         {
1260             // Never assume anything on values stored in TT
1261             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1262                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1263
1264             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1265             if (    ttValue != VALUE_NONE
1266                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1267                 bestValue = ttValue;
1268         }
1269         else
1270             ss->staticEval = bestValue =
1271             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1272                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1273
1274         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1275         if (bestValue >= beta)
1276         {
1277             if (!ttHit)
1278                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1279                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1280
1281             return bestValue;
1282         }
1283
1284         if (PvNode && bestValue > alpha)
1285             alpha = bestValue;
1286
1287         futilityBase = bestValue + 128;
1288     }
1289
1290     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1291                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1292                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1293
1294     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1295     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1296     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1297     // be generated.
1298     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1299                                       &thisThread->captureHistory,
1300                                       contHist,
1301                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1302
1303     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1304     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1305     {
1306       assert(is_ok(move));
1307
1308       givesCheck = pos.gives_check(move);
1309
1310       moveCount++;
1311
1312       // Futility pruning
1313       if (   !inCheck
1314           && !givesCheck
1315           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1316           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1317       {
1318           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1319
1320           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1321
1322           if (futilityValue <= alpha)
1323           {
1324               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1325               continue;
1326           }
1327
1328           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1329           {
1330               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1331               continue;
1332           }
1333       }
1334
1335       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1336       evasionPrunable =    inCheck
1337                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1338                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1339                        && !pos.capture(move);
1340
1341       // Don't search moves with negative SEE values
1342       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1343           && !pos.see_ge(move))
1344           continue;
1345
1346       // Speculative prefetch as early as possible
1347       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1348
1349       // Check for legality just before making the move
1350       if (!pos.legal(move))
1351       {
1352           moveCount--;
1353           continue;
1354       }
1355
1356       ss->currentMove = move;
1357       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1358
1359       // Make and search the move
1360       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1361       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1362       pos.undo_move(move);
1363
1364       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1365
1366       // Check for a new best move
1367       if (value > bestValue)
1368       {
1369           bestValue = value;
1370
1371           if (value > alpha)
1372           {
1373               bestMove = move;
1374
1375               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1376                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1377
1378               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1379                   alpha = value;
1380               else
1381                   break; // Fail high
1382           }
1383        }
1384     }
1385
1386     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1387     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1388     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1389         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1390
1391     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1392               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1393               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1394               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1395
1396     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1397
1398     return bestValue;
1399   }
1400
1401
1402   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1403   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1404   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1405
1406   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1407
1408     assert(v != VALUE_NONE);
1409
1410     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1411           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1412   }
1413
1414
1415   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1416   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1417   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1418
1419   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1420
1421     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1422           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1423           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1424   }
1425
1426
1427   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1428
1429   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1430
1431     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1432         *pv++ = *childPv++;
1433     *pv = MOVE_NONE;
1434   }
1435
1436
1437   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1438   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1439
1440   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1441
1442     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1443         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1444             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1445   }
1446
1447
1448   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1449
1450   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1451                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1452
1453       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1454       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1455       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1456
1457       if (pos.capture_or_promotion(move))
1458           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1459
1460       // Decrease all the other played capture moves
1461       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1462       {
1463           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1464           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1465           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1466       }
1467   }
1468
1469
1470   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1471
1472   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1473                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1474
1475     if (ss->killers[0] != move)
1476     {
1477         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1478         ss->killers[0] = move;
1479     }
1480
1481     Color us = pos.side_to_move();
1482     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1483     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1484     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1485
1486     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1487     {
1488         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1489         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1490     }
1491
1492     // Decrease all the other played quiet moves
1493     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1494     {
1495         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1496         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1497     }
1498   }
1499
1500   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1501   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1502
1503   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1504
1505     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1506     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1507
1508     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1509     Value topScore = rootMoves[0].score;
1510     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1511     int weakness = 120 - 2 * level;
1512     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1513
1514     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1515     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1516     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1517     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1518     {
1519         // This is our magic formula
1520         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1521                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1522
1523         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1524         {
1525             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1526             best = rootMoves[i].pv[0];
1527         }
1528     }
1529
1530     return best;
1531   }
1532
1533 } // namespace
1534
1535 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1536 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1537
1538 void MainThread::check_time() {
1539
1540   if (--callsCnt > 0)
1541       return;
1542
1543   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1544   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1545
1546   static TimePoint lastInfoTime = now();
1547
1548   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1549   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1550
1551   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1552   {
1553       lastInfoTime = tick;
1554       dbg_print();
1555   }
1556
1557   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1558   if (ponder)
1559       return;
1560
1561   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1562       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1563       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1564       Threads.stop = true;
1565 }
1566
1567
1568 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1569 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1570
1571 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1572
1573   std::stringstream ss;
1574   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1575   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1576   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1577   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1578   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1579   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1580
1581   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1582   {
1583       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1584
1585       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1586           continue;
1587
1588       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1589       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1590
1591       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1592       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1593
1594       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1595           ss << "\n";
1596
1597       ss << "info"
1598          << " depth "    << d / ONE_PLY
1599          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1600          << " multipv "  << i + 1
1601          << " score "    << UCI::value(v);
1602
1603       if (!tb && i == pvIdx)
1604           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1605
1606       ss << " nodes "    << nodesSearched
1607          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1608
1609       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1610           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1611
1612       ss << " tbhits "   << tbHits
1613          << " time "     << elapsed
1614          << " pv";
1615
1616       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1617           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1618   }
1619
1620   return ss.str();
1621 }
1622
1623
1624 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1625 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1626 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1627 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1628
1629 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1630
1631     StateInfo st;
1632     bool ttHit;
1633
1634     assert(pv.size() == 1);
1635
1636     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1637         return false;
1638
1639     pos.do_move(pv[0], st);
1640     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1641
1642     if (ttHit)
1643     {
1644         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1645         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1646             pv.push_back(m);
1647     }
1648
1649     pos.undo_move(pv[0]);
1650     return pv.size() > 1;
1651 }
1652
1653 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1654
1655     RootInTB = false;
1656     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1657     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1658     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1659     bool dtz_available = true;
1660
1661     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1662     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1663     if (Cardinality > MaxCardinality)
1664     {
1665         Cardinality = MaxCardinality;
1666         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1667     }
1668
1669     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1670     {
1671         // Rank moves using DTZ tables
1672         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1673
1674         if (!RootInTB)
1675         {
1676             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1677             dtz_available = false;
1678             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1679         }
1680     }
1681
1682     if (RootInTB)
1683     {
1684         // Sort moves according to TB rank
1685         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1686                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1687
1688         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1689         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1690             Cardinality = 0;
1691     }
1692     else
1693     {
1694         // Assign the same rank to all moves
1695         for (auto& m : rootMoves)
1696             m.tbRank = 0;
1697     }
1698 }