744bb7886c5a2f06749faf41e23e68445f25e32c
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
75   constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
76                                          1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
77                                          2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
78                                          3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
79                                          4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
80                                          5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
81                                          6 * PawnValueEg * 930  / 1000
82                                        };
83
84   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
85   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
86   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
87
88   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
89     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
90   }
91
92   // History and stats update bonus, based on depth
93   int stat_bonus(Depth depth) {
94     int d = depth / ONE_PLY;
95     return d > 17 ? 0 : 32 * d * d + 64 * d - 64;
96   }
97
98   // Skill structure is used to implement strength limit
99   struct Skill {
100     explicit Skill(int l) : level(l) {}
101     bool enabled() const { return level < 20; }
102     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
103     Move pick_best(size_t multiPV);
104
105     int level;
106     Move best = MOVE_NONE;
107   };
108
109   template <NodeType NT>
110   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
111
112   template <NodeType NT>
113   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
114
115   Value value_to_tt(Value v, int ply);
116   Value value_from_tt(Value v, int ply);
117   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
118   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
119   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
120   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
121
122   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
123     Color us = pos.side_to_move();
124     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
125           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
126           : pos.gives_check(move);
127   }
128
129   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
130   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
131   template<bool Root>
132   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
133
134     StateInfo st;
135     uint64_t cnt, nodes = 0;
136     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
137
138     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
139     {
140         if (Root && depth <= ONE_PLY)
141             cnt = 1, nodes++;
142         else
143         {
144             pos.do_move(m, st);
145             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
146             nodes += cnt;
147             pos.undo_move(m);
148         }
149         if (Root)
150             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
151     }
152     return nodes;
153   }
154
155 } // namespace
156
157
158 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
159
160 void Search::init() {
161
162   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
163       for (int d = 1; d < 64; ++d)
164           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
165           {
166               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
167
168               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
169               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
170
171               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
172               if (!imp && r > 1.0)
173                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
174           }
175
176   for (int d = 0; d < 16; ++d)
177   {
178       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
179       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
180   }
181 }
182
183
184 /// Search::clear() resets search state to its initial value
185
186 void Search::clear() {
187
188   Threads.main()->wait_for_search_finished();
189
190   Time.availableNodes = 0;
191   TT.clear();
192   Threads.clear();
193 }
194
195
196 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
197 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
198
199 void MainThread::search() {
200
201   if (Limits.perft)
202   {
203       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
204       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
205       return;
206   }
207
208   Color us = rootPos.side_to_move();
209   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
210   TT.new_search();
211
212   if (rootMoves.empty())
213   {
214       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
215       sync_cout << "info depth 0 score "
216                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
217                 << sync_endl;
218   }
219   else
220   {
221       for (Thread* th : Threads)
222           if (th != this)
223               th->start_searching();
224
225       Thread::search(); // Let's start searching!
226   }
227
228   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
229   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
230   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
231   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
232   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
233   Threads.stopOnPonderhit = true;
234
235   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
236   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
237
238   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
239   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
240   Threads.stop = true;
241
242   // Wait until all threads have finished
243   for (Thread* th : Threads)
244       if (th != this)
245           th->wait_for_search_finished();
246
247   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
248   // the available ones before exiting.
249   if (Limits.npmsec)
250       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
251
252   // Check if there are threads with a better score than main thread
253   Thread* bestThread = this;
254   if (    Options["MultiPV"] == 1
255       && !Limits.depth
256       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
257       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
258   {
259       for (Thread* th : Threads)
260       {
261           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
262           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
263
264           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
265           if (    scoreDiff > 0
266               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
267               bestThread = th;
268       }
269   }
270
271   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
272
273   // Send again PV info if we have a new best thread
274   if (bestThread != this)
275       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
276
277   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
278
279   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
280       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
281
282   std::cout << sync_endl;
283 }
284
285
286 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
287 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
288 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
289
290 void Thread::search() {
291
292   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
293   Value bestValue, alpha, beta, delta;
294   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
295   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
296   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
297   double timeReduction = 1.0;
298   Color us = rootPos.side_to_move();
299
300   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
301   for (int i = 4; i > 0; i--)
302      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
303
304   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
305   beta = VALUE_INFINITE;
306
307   if (mainThread)
308       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
309
310   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
311   Skill skill(Options["Skill Level"]);
312
313   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
314   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
315   if (skill.enabled())
316       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
317
318   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
319
320   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
321
322   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
323   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
324       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
325           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
326           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
327           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
328           : ct;
329
330   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
331   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
332                           : -make_score(ct, ct / 2));
333
334   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
335   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
336          && !Threads.stop
337          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
338   {
339       // Distribute search depths across the helper threads
340       if (idx > 0)
341       {
342           int i = (idx - 1) % 20;
343           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
344               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
345       }
346
347       // Age out PV variability metric
348       if (mainThread)
349           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
350
351       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
352       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
353       for (RootMove& rm : rootMoves)
354           rm.previousScore = rm.score;
355
356       size_t PVFirst = 0;
357       PVLast = 0;
358
359       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
360       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
361       {
362           if (PVIdx == PVLast)
363           {
364               PVFirst = PVLast;
365               for (PVLast++; PVLast < rootMoves.size(); PVLast++)
366                   if (rootMoves[PVLast].TBRank != rootMoves[PVFirst].TBRank)
367                       break;
368           }
369
370           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
371           selDepth = 0;
372
373           // Reset aspiration window starting size
374           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
375           {
376               Value previousScore = rootMoves[PVIdx].previousScore;
377               delta = Value(18);
378               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
379               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
380
381               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
382               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
383
384               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
385                                       : -make_score(dct, dct / 2));
386           }
387
388           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
389           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
390           // high/low anymore.
391           while (true)
392           {
393               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
394
395               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
396               // is done with a stable algorithm because all the values but the
397               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
398               // and we want to keep the same order for all the moves except the
399               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
400               // search the already searched PV lines are preserved.
401               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.begin() + PVLast);
402
403               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
404               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
405               // the previous iteration.
406               if (Threads.stop)
407                   break;
408
409               // When failing high/low give some update (without cluttering
410               // the UI) before a re-search.
411               if (   mainThread
412                   && multiPV == 1
413                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
414                   && Time.elapsed() > 3000)
415                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
416
417               // In case of failing low/high increase aspiration window and
418               // re-search, otherwise exit the loop.
419               if (bestValue <= alpha)
420               {
421                   beta = (alpha + beta) / 2;
422                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
423
424                   if (mainThread)
425                   {
426                       mainThread->failedLow = true;
427                       Threads.stopOnPonderhit = false;
428                   }
429               }
430               else if (bestValue >= beta)
431                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
432               else
433                   break;
434
435               delta += delta / 4 + 5;
436
437               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
438           }
439
440           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
441           std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVFirst, rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
442
443           if (    mainThread
444               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
445               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
446       }
447
448       if (!Threads.stop)
449           completedDepth = rootDepth;
450
451       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
452          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
453          lastBestMoveDepth = rootDepth;
454       }
455
456       // Have we found a "mate in x"?
457       if (   Limits.mate
458           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460           Threads.stop = true;
461
462       if (!mainThread)
463           continue;
464
465       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
466       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
467           skill.pick_best(multiPV);
468
469       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470       if (    Limits.use_time_management()
471           && !Threads.stop
472           && !Threads.stopOnPonderhit)
473           {
474               const int F[] = { mainThread->failedLow,
475                                 bestValue - mainThread->previousScore };
476
477               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
478
479               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
480               timeReduction = 1.0;
481               for (int i : {3, 4, 5})
482                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
483                      timeReduction *= 1.25;
484
485               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
486               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
487               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
488
489               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
490               if (   rootMoves.size() == 1
491                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
492               {
493                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
494                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
495                   if (Threads.ponder)
496                       Threads.stopOnPonderhit = true;
497                   else
498                       Threads.stop = true;
499               }
500           }
501   }
502
503   if (!mainThread)
504       return;
505
506   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
507
508   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
509   if (skill.enabled())
510       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
511                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
512 }
513
514
515 namespace {
516
517   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
518
519   template <NodeType NT>
520   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
521
522     // Use quiescence search when needed
523     if (depth < ONE_PLY)
524         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
525
526     constexpr bool PvNode = NT == PV;
527     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
528
529     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
530     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
531     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
532     assert(!(PvNode && cutNode));
533     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
534
535     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
536     StateInfo st;
537     TTEntry* tte;
538     Key posKey;
539     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
540     Depth extension, newDepth;
541     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
542     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
543     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
544     Piece movedPiece;
545     int moveCount, captureCount, quietCount;
546
547     // Step 1. Initialize node
548     Thread* thisThread = pos.this_thread();
549     inCheck = pos.checkers();
550     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     maxValue = VALUE_INFINITE;
553
554     // Check for the available remaining time
555     if (thisThread == Threads.main())
556         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
557
558     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
559     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
560         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
561
562     if (!rootNode)
563     {
564         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
565         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
566             || pos.is_draw(ss->ply)
567             || ss->ply >= MAX_PLY)
568             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
569
570         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
571         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
572         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
573         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
574         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
575         // mate. In this case return a fail-high score.
576         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
577         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
578         if (alpha >= beta)
579             return alpha;
580     }
581
582     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
583
584     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
585     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
586     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
587     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
588     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
589
590     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
591     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
592     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
593     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
594     // LMR which are based on the statScore of parent position.
595     (ss+2)->statScore = 0;
596
597     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
598     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
599     // position key in case of an excluded move.
600     excludedMove = ss->excludedMove;
601     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
602     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
603     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
604     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
605             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
606
607     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
608     if (  !PvNode
609         && ttHit
610         && tte->depth() >= depth
611         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
612         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
613                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
614     {
615         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
616         if (ttMove)
617         {
618             if (ttValue >= beta)
619             {
620                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
621                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
622
623                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
624                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
625                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
626             }
627             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
628             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
629             {
630                 int penalty = -stat_bonus(depth);
631                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
632                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
633             }
634         }
635         return ttValue;
636     }
637
638     // Step 5. Tablebases probe
639     if (!rootNode && TB::Cardinality)
640     {
641         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
642
643         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
644             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
645             &&  pos.rule50_count() == 0
646             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
647         {
648             TB::ProbeState err;
649             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
650
651             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
652             {
653                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
654
655                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
656
657                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
658                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
659                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
660
661                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
662                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
663
664                 if (    b == BOUND_EXACT
665                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
666                 {
667                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
668                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
669                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
670
671                     return value;
672                 }
673
674                 if (PvNode)
675                 {
676                     if (b == BOUND_LOWER)
677                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
678                     else
679                         maxValue = value;
680                 }
681             }
682         }
683     }
684
685     // Step 6. Evaluate the position statically
686     if (inCheck)
687     {
688         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
689         improving = false;
690         goto moves_loop;
691     }
692     else if (ttHit)
693     {
694         // Never assume anything on values stored in TT
695         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
696             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
697
698         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
699         if (    ttValue != VALUE_NONE
700             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
701             eval = ttValue;
702     }
703     else
704     {
705         ss->staticEval = eval =
706         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
707                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
708
709         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
710                   ss->staticEval, TT.generation());
711     }
712
713     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
714                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
715
716     if (ss->excludedMove || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
717         goto moves_loop;
718
719     // Step 7. Razoring (skipped when in check, ~2 Elo)
720     if (  !PvNode
721         && depth < 3 * ONE_PLY
722         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
723     {
724         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
725         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
726         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
727             return v;
728     }
729
730     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check, ~30 Elo)
731     if (   !rootNode
732         &&  depth < 7 * ONE_PLY
733         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
734         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
735         return eval;
736
737     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
738     if (   !PvNode
739         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
740         && (ss-1)->statScore < 30000
741         &&  eval >= beta
742         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
743         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
744     {
745         assert(eval - beta >= 0);
746
747         // Null move dynamic reduction based on depth and value
748         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
749
750         ss->currentMove = MOVE_NULL;
751         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
752
753         pos.do_null_move(st);
754
755         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
756
757         pos.undo_null_move();
758
759         if (nullValue >= beta)
760         {
761             // Do not return unproven mate scores
762             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
763                 nullValue = beta;
764
765             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
766                 return nullValue;
767
768             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
769             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
770             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
771             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
772
773             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
774
775             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
776
777             if (v >= beta)
778                 return nullValue;
779         }
780     }
781
782     // Step 10. ProbCut (skipped when in check, ~10 Elo)
783     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
784     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
785     if (   !PvNode
786         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
787         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
788     {
789         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
790         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
791         int probCutCount = 0;
792
793         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
794                && probCutCount < 3)
795             if (pos.legal(move))
796             {
797                 probCutCount++;
798
799                 ss->currentMove = move;
800                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
801
802                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
803
804                 pos.do_move(move, st);
805
806                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
807                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
808
809                 // If the qsearch held perform the regular search
810                 if (value >= rbeta)
811                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
812
813                 pos.undo_move(move);
814
815                 if (value >= rbeta)
816                     return value;
817             }
818     }
819
820     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check, ~2 Elo)
821     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
822         && !ttMove)
823     {
824         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
825         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
826
827         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
828         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
829         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
830     }
831
832 moves_loop: // When in check, search starts from here
833
834     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
835     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
836
837     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
838                                       &thisThread->captureHistory,
839                                       contHist,
840                                       countermove,
841                                       ss->killers);
842     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
843
844     skipQuiets = false;
845     ttCapture = false;
846     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
847
848     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
849     // or a beta cutoff occurs.
850     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
851     {
852       assert(is_ok(move));
853
854       if (move == excludedMove)
855           continue;
856
857       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
858       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
859       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
860       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
861       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
862                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVLast, move))
863           continue;
864
865       ss->moveCount = ++moveCount;
866
867       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
868           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
869                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
870                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
871       if (PvNode)
872           (ss+1)->pv = nullptr;
873
874       extension = DEPTH_ZERO;
875       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
876       movedPiece = pos.moved_piece(move);
877       givesCheck = gives_check(pos, move);
878
879       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
880                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
881
882       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
883
884       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
885       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
886       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
887       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
888       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
889       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
890           &&  move == ttMove
891           && !rootNode
892           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
893           &&  ttValue != VALUE_NONE
894           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
895           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
896           &&  pos.legal(move))
897       {
898           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
899           ss->excludedMove = move;
900           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
901           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
902
903           if (value < rBeta)
904               extension = ONE_PLY;
905       }
906       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
907                && !moveCountPruning
908                &&  pos.see_ge(move))
909           extension = ONE_PLY;
910
911       // Calculate new depth for this move
912       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
913
914       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
915       if (  !rootNode
916           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
917           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
918       {
919           if (   !captureOrPromotion
920               && !givesCheck
921               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
922           {
923               // Move count based pruning (~30 Elo)
924               if (moveCountPruning)
925               {
926                   skipQuiets = true;
927                   continue;
928               }
929
930               // Reduced depth of the next LMR search
931               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
932
933               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
934               if (   lmrDepth < 3
935                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
936                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
937                   continue;
938
939               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
940               if (   lmrDepth < 7
941                   && !inCheck
942                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
943                   continue;
944
945               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
946               if (   lmrDepth < 8
947                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
948                   continue;
949           }
950           else if (    depth < 7 * ONE_PLY // (~20 Elo)
951                    && !extension
952                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
953                   continue;
954       }
955
956       // Speculative prefetch as early as possible
957       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
958
959       // Check for legality just before making the move
960       if (!rootNode && !pos.legal(move))
961       {
962           ss->moveCount = --moveCount;
963           continue;
964       }
965
966       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
967           ttCapture = true;
968
969       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
970       ss->currentMove = move;
971       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
972
973       // Step 15. Make the move
974       pos.do_move(move, st, givesCheck);
975
976       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
977       // re-searched at full depth.
978       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
979           &&  moveCount > 1
980           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
981       {
982           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
983
984           if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
985               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
986           else
987           {
988               // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
989               if ((ss-1)->moveCount > 15)
990                   r -= ONE_PLY;
991
992               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
993               if (pvExact)
994                   r -= ONE_PLY;
995
996               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
997               if (ttCapture)
998                   r += ONE_PLY;
999
1000               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1001               if (cutNode)
1002                   r += 2 * ONE_PLY;
1003
1004               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1005               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1006               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1007               else if (    type_of(move) == NORMAL
1008                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1009                   r -= 2 * ONE_PLY;
1010
1011               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
1012                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1013                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1014                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1015                              - 4000;
1016
1017               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1018               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1019                   r -= ONE_PLY;
1020
1021               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1022                   r += ONE_PLY;
1023
1024               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1025               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1026           }
1027
1028           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1029
1030           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1031
1032           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1033       }
1034       else
1035           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1036
1037       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1038       if (doFullDepthSearch)
1039           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1040
1041       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1042       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1043       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1044       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1045       {
1046           (ss+1)->pv = pv;
1047           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1048
1049           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1050       }
1051
1052       // Step 18. Undo move
1053       pos.undo_move(move);
1054
1055       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1056
1057       // Step 19. Check for a new best move
1058       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1059       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1060       // updating best move, PV and TT.
1061       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1062           return VALUE_ZERO;
1063
1064       if (rootNode)
1065       {
1066           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1067                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1068
1069           // PV move or new best move?
1070           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1071           {
1072               rm.score = value;
1073               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1074               rm.pv.resize(1);
1075
1076               assert((ss+1)->pv);
1077
1078               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1079                   rm.pv.push_back(*m);
1080
1081               // We record how often the best move has been changed in each
1082               // iteration. This information is used for time management: When
1083               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1084               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1085                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1086           }
1087           else
1088               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1089               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1090               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1091               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1092       }
1093
1094       if (value > bestValue)
1095       {
1096           bestValue = value;
1097
1098           if (value > alpha)
1099           {
1100               bestMove = move;
1101
1102               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1103                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1104
1105               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1106                   alpha = value;
1107               else
1108               {
1109                   assert(value >= beta); // Fail high
1110                   ss->statScore = std::max(ss->statScore, 0);
1111                   break;
1112               }
1113           }
1114       }
1115
1116       if (move != bestMove)
1117       {
1118           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1119               capturesSearched[captureCount++] = move;
1120
1121           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1122               quietsSearched[quietCount++] = move;
1123       }
1124     }
1125
1126     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1127     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1128     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1129     /*
1130        if (Threads.stop)
1131         return VALUE_DRAW;
1132     */
1133
1134     // Step 20. Check for mate and stalemate
1135     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1136     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1137     // return a fail low score.
1138
1139     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1140
1141     if (!moveCount)
1142         bestValue = excludedMove ? alpha
1143                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1144     else if (bestMove)
1145     {
1146         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1147         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1148             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1149         else
1150             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1151
1152         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1153         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1154             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1155     }
1156     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1157     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1158              && !pos.captured_piece()
1159              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1160         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1161
1162     if (PvNode)
1163         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1164
1165     if (!excludedMove)
1166         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1167                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1168                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1169                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1170
1171     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1172
1173     return bestValue;
1174   }
1175
1176
1177   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1178   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1179   template <NodeType NT>
1180   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1181
1182     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1183
1184     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1185     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1186     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1187     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1188
1189     Move pv[MAX_PLY+1];
1190     StateInfo st;
1191     TTEntry* tte;
1192     Key posKey;
1193     Move ttMove, move, bestMove;
1194     Depth ttDepth;
1195     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1196     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1197     int moveCount;
1198
1199     if (PvNode)
1200     {
1201         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1202         (ss+1)->pv = pv;
1203         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1204     }
1205
1206     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1207     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1208     inCheck = pos.checkers();
1209     moveCount = 0;
1210
1211     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1212     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1213         || ss->ply >= MAX_PLY)
1214         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1215
1216     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1217
1218     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1219     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1220     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1221     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1222                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1223     // Transposition table lookup
1224     posKey = pos.key();
1225     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1226     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1227     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1228
1229     if (  !PvNode
1230         && ttHit
1231         && tte->depth() >= ttDepth
1232         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1233         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1234                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1235         return ttValue;
1236
1237     // Evaluate the position statically
1238     if (inCheck)
1239     {
1240         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1241         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1242     }
1243     else
1244     {
1245         if (ttHit)
1246         {
1247             // Never assume anything on values stored in TT
1248             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1249                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1250
1251             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1252             if (   ttValue != VALUE_NONE
1253                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1254                 bestValue = ttValue;
1255         }
1256         else
1257             ss->staticEval = bestValue =
1258             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1259                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1260
1261         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1262         if (bestValue >= beta)
1263         {
1264             if (!ttHit)
1265                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1266                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1267
1268             return bestValue;
1269         }
1270
1271         if (PvNode && bestValue > alpha)
1272             alpha = bestValue;
1273
1274         futilityBase = bestValue + 128;
1275     }
1276
1277     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1278     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1279     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1280     // be generated.
1281     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory,
1282                                       &pos.this_thread()->captureHistory,
1283                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1284
1285     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1286     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1287     {
1288       assert(is_ok(move));
1289
1290       givesCheck = gives_check(pos, move);
1291
1292       moveCount++;
1293
1294       // Futility pruning
1295       if (   !inCheck
1296           && !givesCheck
1297           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1298           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1299       {
1300           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1301
1302           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1303
1304           if (futilityValue <= alpha)
1305           {
1306               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1307               continue;
1308           }
1309
1310           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1311           {
1312               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1313               continue;
1314           }
1315       }
1316
1317       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1318       evasionPrunable =    inCheck
1319                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1320                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1321                        && !pos.capture(move);
1322
1323       // Don't search moves with negative SEE values
1324       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1325           && !pos.see_ge(move))
1326           continue;
1327
1328       // Speculative prefetch as early as possible
1329       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1330
1331       // Check for legality just before making the move
1332       if (!pos.legal(move))
1333       {
1334           moveCount--;
1335           continue;
1336       }
1337
1338       ss->currentMove = move;
1339
1340       // Make and search the move
1341       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1342       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1343       pos.undo_move(move);
1344
1345       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1346
1347       // Check for a new best move
1348       if (value > bestValue)
1349       {
1350           bestValue = value;
1351
1352           if (value > alpha)
1353           {
1354               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1355                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1356
1357               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1358               {
1359                   alpha = value;
1360                   bestMove = move;
1361               }
1362               else // Fail high
1363               {
1364                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1365                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1366
1367                   return value;
1368               }
1369           }
1370        }
1371     }
1372
1373     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1374     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1375     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1376         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1377
1378     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1379               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1380               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1381
1382     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1383
1384     return bestValue;
1385   }
1386
1387
1388   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1389   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1390   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1391
1392   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1393
1394     assert(v != VALUE_NONE);
1395
1396     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1397           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1398   }
1399
1400
1401   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1402   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1403   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1404
1405   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1406
1407     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1408           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1409           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1410   }
1411
1412
1413   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1414
1415   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1416
1417     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1418         *pv++ = *childPv++;
1419     *pv = MOVE_NONE;
1420   }
1421
1422
1423   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1424   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1425
1426   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1427
1428     for (int i : {1, 2, 4})
1429         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1430             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1431   }
1432
1433
1434   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1435
1436   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1437                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1438
1439       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1440       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1441       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1442       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1443
1444       // Decrease all the other played capture moves
1445       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1446       {
1447           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1448           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1449           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1450       }
1451   }
1452
1453
1454   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1455
1456   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1457                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1458
1459     if (ss->killers[0] != move)
1460     {
1461         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1462         ss->killers[0] = move;
1463     }
1464
1465     Color us = pos.side_to_move();
1466     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1467     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1468     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1469
1470     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1471     {
1472         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1473         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1474     }
1475
1476     // Decrease all the other played quiet moves
1477     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1478     {
1479         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1480         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1481     }
1482   }
1483
1484   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1485   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1486
1487   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1488
1489     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1490     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1491
1492     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1493     Value topScore = rootMoves[0].score;
1494     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1495     int weakness = 120 - 2 * level;
1496     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1497
1498     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1499     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1500     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1501     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1502     {
1503         // This is our magic formula
1504         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1505                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1506
1507         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1508         {
1509             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1510             best = rootMoves[i].pv[0];
1511         }
1512     }
1513
1514     return best;
1515   }
1516
1517 } // namespace
1518
1519 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1520 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1521
1522 void MainThread::check_time() {
1523
1524   if (--callsCnt > 0)
1525       return;
1526
1527   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1528   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1529
1530   static TimePoint lastInfoTime = now();
1531
1532   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1533   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1534
1535   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1536   {
1537       lastInfoTime = tick;
1538       dbg_print();
1539   }
1540
1541   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1542   if (Threads.ponder)
1543       return;
1544
1545   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1546       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1547       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1548       Threads.stop = true;
1549 }
1550
1551
1552 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1553 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1554
1555 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1556
1557   std::stringstream ss;
1558   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1559   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1560   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1561   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1562   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1563   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1564
1565   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1566   {
1567       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1568
1569       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1570           continue;
1571
1572       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1573       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1574
1575       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1576       v = tb ? rootMoves[i].TBScore : v;
1577
1578       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1579           ss << "\n";
1580
1581       ss << "info"
1582          << " depth "    << d / ONE_PLY
1583          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1584          << " multipv "  << i + 1
1585          << " score "    << UCI::value(v);
1586
1587       if (!tb && i == PVIdx)
1588           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1589
1590       ss << " nodes "    << nodesSearched
1591          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1592
1593       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1594           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1595
1596       ss << " tbhits "   << tbHits
1597          << " time "     << elapsed
1598          << " pv";
1599
1600       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1601           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1602   }
1603
1604   return ss.str();
1605 }
1606
1607
1608 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1609 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1610 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1611 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1612
1613 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1614
1615     StateInfo st;
1616     bool ttHit;
1617
1618     assert(pv.size() == 1);
1619
1620     if (!pv[0])
1621         return false;
1622
1623     pos.do_move(pv[0], st);
1624     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1625
1626     if (ttHit)
1627     {
1628         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1629         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1630             pv.push_back(m);
1631     }
1632
1633     pos.undo_move(pv[0]);
1634     return pv.size() > 1;
1635 }
1636
1637 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1638
1639     RootInTB = false;
1640     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1641     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1642     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1643     bool dtz_available = true;
1644
1645     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1646     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1647     if (Cardinality > MaxCardinality)
1648     {
1649         Cardinality = MaxCardinality;
1650         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1651     }
1652
1653     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1654     {
1655         // Rank moves using DTZ tables
1656         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1657
1658         if (!RootInTB)
1659         {
1660             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1661             dtz_available = false;
1662             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1663         }
1664     }
1665
1666     if (RootInTB)
1667     {
1668         // Sort moves according to TB rank
1669         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1670                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.TBRank > b.TBRank; } );
1671
1672         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1673         if (dtz_available || rootMoves[0].TBScore <= VALUE_DRAW)
1674             Cardinality = 0;
1675     }
1676     else
1677     {
1678         // Assign the same rank to all moves
1679         for (auto& m : rootMoves)
1680             m.TBRank = 0;
1681     }
1682 }