Turn on random access for Syzygy files in Windows (#1840)
[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 <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 = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
231   Threads.stopOnPonderhit = true;
232
233   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
234   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
235
236   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
237   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
238   Threads.stop = true;
239
240   // Wait until all threads have finished
241   for (Thread* th : Threads)
242       if (th != this)
243           th->wait_for_search_finished();
244
245   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
246   // the available ones before exiting.
247   if (Limits.npmsec)
248       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
249
250   // Check if there are threads with a better score than main thread
251   Thread* bestThread = this;
252   if (    Options["MultiPV"] == 1
253       && !Limits.depth
254       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
255       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
256   {
257       std::map<Move, int64_t> votes;
258       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
259
260       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
261       for (Thread* th: Threads)
262       {
263           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
264           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
265       }
266
267       // Vote according to score and depth
268       auto square = [](int64_t x) { return x * x; };
269       for (Thread* th : Threads)
270           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + (square(th->rootMoves[0].score - minScore + 1)
271                                                   * int64_t(th->completedDepth));
272
273       // Select best thread
274       int64_t bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
275       for (Thread* th : Threads)
276       {
277           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
278           {
279               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
280               bestThread = th;
281           }
282       }
283   }
284
285   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
286
287   // Send again PV info if we have a new best thread
288   if (bestThread != this)
289       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
290
291   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
292
293   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
294       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
295
296   std::cout << sync_endl;
297 }
298
299
300 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
301 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
302 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
303
304 void Thread::search() {
305
306   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
307   Move  pv[MAX_PLY+1];
308   Value bestValue, alpha, beta, delta;
309   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
310   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
311   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
312   double timeReduction = 1.0;
313   Color us = rootPos.side_to_move();
314   bool failedLow;
315
316   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
317   for (int i = 4; i > 0; i--)
318      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
319   ss->pv = pv;
320
321   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
322   beta = VALUE_INFINITE;
323
324   if (mainThread)
325       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
326
327   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
328   Skill skill(Options["Skill Level"]);
329
330   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
331   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
332   if (skill.enabled())
333       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
334
335   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
336
337   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
338
339   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
340   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
341       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
342           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
343           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
344           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
345           : ct;
346
347   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
348   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
349                           : -make_score(ct, ct / 2));
350
351   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
352   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
353          && !Threads.stop
354          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
355   {
356       // Distribute search depths across the helper threads
357       if (idx > 0)
358       {
359           int i = (idx - 1) % 20;
360           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
361               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
362       }
363
364       // Age out PV variability metric
365       if (mainThread)
366           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
367
368       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
369       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
370       for (RootMove& rm : rootMoves)
371           rm.previousScore = rm.score;
372
373       size_t pvFirst = 0;
374       pvLast = 0;
375
376       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
377       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
378       {
379           if (pvIdx == pvLast)
380           {
381               pvFirst = pvLast;
382               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
383                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
384                       break;
385           }
386
387           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
388           selDepth = 0;
389
390           // Reset aspiration window starting size
391           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
392           {
393               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
394               delta = Value(20);
395               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
396               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
397
398               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
399               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
400
401               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
402                                       : -make_score(dct, dct / 2));
403           }
404
405           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
406           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
407           // high/low anymore.
408           int failedHighCnt = 0;
409           while (true)
410           {
411               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
412               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
413
414               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
415               // is done with a stable algorithm because all the values but the
416               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
417               // and we want to keep the same order for all the moves except the
418               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
419               // search the already searched PV lines are preserved.
420               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
421
422               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
423               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
424               // the previous iteration.
425               if (Threads.stop)
426                   break;
427
428               // When failing high/low give some update (without cluttering
429               // the UI) before a re-search.
430               if (   mainThread
431                   && multiPV == 1
432                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
433                   && Time.elapsed() > 3000)
434                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
435
436               // In case of failing low/high increase aspiration window and
437               // re-search, otherwise exit the loop.
438               if (bestValue <= alpha)
439               {
440                   beta = (alpha + beta) / 2;
441                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
442
443                   if (mainThread)
444                   {
445                       failedHighCnt = 0;
446                       failedLow = true;
447                       Threads.stopOnPonderhit = false;
448                   }
449               }
450               else if (bestValue >= beta)
451               {
452                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
453                   if (mainThread)
454                       ++failedHighCnt;
455               }
456               else
457                   break;
458
459               delta += delta / 4 + 5;
460
461               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
462           }
463
464           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
465           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
466
467           if (    mainThread
468               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
469               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
470       }
471
472       if (!Threads.stop)
473           completedDepth = rootDepth;
474
475       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
476          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
477          lastBestMoveDepth = rootDepth;
478       }
479
480       // Have we found a "mate in x"?
481       if (   Limits.mate
482           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
483           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
484           Threads.stop = true;
485
486       if (!mainThread)
487           continue;
488
489       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
490       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
491           skill.pick_best(multiPV);
492
493       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
494       if (    Limits.use_time_management()
495           && !Threads.stop
496           && !Threads.stopOnPonderhit)
497           {
498               double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
499               fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
500
501               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
502               timeReduction = 1.0;
503               for (int i : {3, 4, 5})
504                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
505                      timeReduction *= 1.25;
506
507               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
508               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
509               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
510
511               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
512               if (   rootMoves.size() == 1
513                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
514               {
515                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
516                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
517                   if (Threads.ponder)
518                       Threads.stopOnPonderhit = true;
519                   else
520                       Threads.stop = true;
521               }
522           }
523   }
524
525   if (!mainThread)
526       return;
527
528   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
529
530   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
531   if (skill.enabled())
532       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
533                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
534 }
535
536
537 namespace {
538
539   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
540
541   template <NodeType NT>
542   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
543
544     constexpr bool PvNode = NT == PV;
545     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
546
547     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
548     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
549     if (   pos.rule50_count() >= 3
550         && alpha < VALUE_DRAW
551         && !rootNode
552         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
553     {
554         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
555         if (alpha >= beta)
556             return alpha;
557     }
558
559     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
560     if (depth < ONE_PLY)
561         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
562
563     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
564     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
565     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
566     assert(!(PvNode && cutNode));
567     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
568
569     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
570     StateInfo st;
571     TTEntry* tte;
572     Key posKey;
573     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
574     Depth extension, newDepth;
575     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
576     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
577     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
578     Piece movedPiece;
579     int moveCount, captureCount, quietCount;
580
581     // Step 1. Initialize node
582     Thread* thisThread = pos.this_thread();
583     inCheck = pos.checkers();
584     Color us = pos.side_to_move();
585     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
586     bestValue = -VALUE_INFINITE;
587     maxValue = VALUE_INFINITE;
588
589     // Check for the available remaining time
590     if (thisThread == Threads.main())
591         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
592
593     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
594     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
595         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
596
597     if (!rootNode)
598     {
599         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
600         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
601             || pos.is_draw(ss->ply)
602             || ss->ply >= MAX_PLY)
603             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
604                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
605
606         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
607         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
608         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
609         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
610         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
611         // mate. In this case return a fail-high score.
612         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
613         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
614         if (alpha >= beta)
615             return alpha;
616     }
617
618     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
619
620     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
621     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
622     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
623     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
624     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
625
626     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
627     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
628     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
629     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
630     // LMR which are based on the statScore of parent position.
631     (ss+2)->statScore = 0;
632
633     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
634     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
635     // position key in case of an excluded move.
636     excludedMove = ss->excludedMove;
637     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
638     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
639     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
640     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
641             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
642
643     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
644     if (  !PvNode
645         && ttHit
646         && tte->depth() >= depth
647         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
648         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
649                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
650     {
651         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
652         if (ttMove)
653         {
654             if (ttValue >= beta)
655             {
656                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
657                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
658
659                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
660                 if (   (ss-1)->moveCount == 1
661                     || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0] && (ss-1)->killers[0]))
662                     if (!pos.captured_piece())
663                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
664             }
665             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
666             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
667             {
668                 int penalty = -stat_bonus(depth);
669                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
670                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
671             }
672         }
673         return ttValue;
674     }
675
676     // Step 5. Tablebases probe
677     if (!rootNode && TB::Cardinality)
678     {
679         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
680
681         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
682             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
683             &&  pos.rule50_count() == 0
684             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
685         {
686             TB::ProbeState err;
687             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
688
689             // Force check of time on the next occasion
690             if (thisThread == Threads.main())
691                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
692
693             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
694             {
695                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
696
697                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
698
699                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
700                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
701                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
702
703                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
704                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
705
706                 if (    b == BOUND_EXACT
707                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
708                 {
709                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
710                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
711                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
712
713                     return value;
714                 }
715
716                 if (PvNode)
717                 {
718                     if (b == BOUND_LOWER)
719                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
720                     else
721                         maxValue = value;
722                 }
723             }
724         }
725     }
726
727     // Step 6. Static evaluation of the position
728     if (inCheck)
729     {
730         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
731         improving = false;
732         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
733     }
734     else if (ttHit)
735     {
736         // Never assume anything on values stored in TT
737         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
738         if (eval == VALUE_NONE)
739             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
740
741         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
742         if (    ttValue != VALUE_NONE
743             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
744             eval = ttValue;
745     }
746     else
747     {
748         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
749         {
750             int p = (ss-1)->statScore;
751             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
752                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
753
754             pureStaticEval = evaluate(pos);
755             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
756         }
757         else
758             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
759
760         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
761     }
762
763     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
764     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
765         &&  depth < 2 * ONE_PLY
766         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
767         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
768
769     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
770                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
771
772     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
773     if (   !PvNode
774         &&  depth < 7 * ONE_PLY
775         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
776         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
777         return eval;
778
779     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
780     if (   !PvNode
781         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
782         && (ss-1)->statScore < 23200
783         &&  eval >= beta
784         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
785         && !excludedMove
786         &&  pos.non_pawn_material(us)
787         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
788     {
789         assert(eval - beta >= 0);
790
791         // Null move dynamic reduction based on depth and value
792         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
793
794         ss->currentMove = MOVE_NULL;
795         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
796
797         pos.do_null_move(st);
798
799         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
800
801         pos.undo_null_move();
802
803         if (nullValue >= beta)
804         {
805             // Do not return unproven mate scores
806             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
807                 nullValue = beta;
808
809             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
810                 return nullValue;
811
812             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
813
814             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
815             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
816             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
817             thisThread->nmpColor = us;
818
819             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
820
821             thisThread->nmpMinPly = 0;
822
823             if (v >= beta)
824                 return nullValue;
825         }
826     }
827
828     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
829     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
830     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
831     if (   !PvNode
832         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
833         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
834     {
835         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
836         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
837         int probCutCount = 0;
838
839         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
840                && probCutCount < 3)
841             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
842             {
843                 probCutCount++;
844
845                 ss->currentMove = move;
846                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
847
848                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
849
850                 pos.do_move(move, st);
851
852                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
853                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
854
855                 // If the qsearch held perform the regular search
856                 if (value >= raisedBeta)
857                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
858
859                 pos.undo_move(move);
860
861                 if (value >= raisedBeta)
862                     return value;
863             }
864     }
865
866     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
867     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
868         && !ttMove)
869     {
870         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
871
872         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
873         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
874         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
875     }
876
877 moves_loop: // When in check, search starts from here
878
879     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
880     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
881
882     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
883                                       &thisThread->captureHistory,
884                                       contHist,
885                                       countermove,
886                                       ss->killers);
887     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
888
889     skipQuiets = false;
890     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
891     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
892
893     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
894     // or a beta cutoff occurs.
895     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
896     {
897       assert(is_ok(move));
898
899       if (move == excludedMove)
900           continue;
901
902       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
903       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
904       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
905       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
906       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
907                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
908           continue;
909
910       ss->moveCount = ++moveCount;
911
912       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
913           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
914                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
915                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
916       if (PvNode)
917           (ss+1)->pv = nullptr;
918
919       extension = DEPTH_ZERO;
920       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
921       movedPiece = pos.moved_piece(move);
922       givesCheck = gives_check(pos, move);
923
924       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
925                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
926
927       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
928
929       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
930       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
931       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
932       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
933       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
934       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
935           &&  move == ttMove
936           && !rootNode
937           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
938           &&  ttValue != VALUE_NONE
939           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
940           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
941           &&  pos.legal(move))
942       {
943           Value reducedBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
944           ss->excludedMove = move;
945           value = search<NonPV>(pos, ss, reducedBeta - 1, reducedBeta, depth / 2, cutNode);
946           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
947
948           if (value < reducedBeta)
949               extension = ONE_PLY;
950       }
951       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
952                &&  pos.see_ge(move))
953           extension = ONE_PLY;
954
955       // Extension if castling
956       else if (type_of(move) == CASTLING)
957           extension = ONE_PLY;
958
959       // Calculate new depth for this move
960       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
961
962       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
963       if (  !rootNode
964           && pos.non_pawn_material(us)
965           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
966       {
967           if (   !captureOrPromotion
968               && !givesCheck
969               && !pos.advanced_pawn_push(move))
970           {
971               // Move count based pruning (~30 Elo)
972               if (moveCountPruning)
973               {
974                   skipQuiets = true;
975                   continue;
976               }
977
978               // Reduced depth of the next LMR search
979               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
980
981               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
982               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
983                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
984                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
985                   continue;
986
987               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
988               if (   lmrDepth < 7
989                   && !inCheck
990                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
991                   continue;
992
993               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
994               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
995                   continue;
996           }
997           else if (   !extension // (~20 Elo)
998                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
999                   continue;
1000       }
1001
1002       // Speculative prefetch as early as possible
1003       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1004
1005       // Check for legality just before making the move
1006       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1007       {
1008           ss->moveCount = --moveCount;
1009           continue;
1010       }
1011
1012       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1013       ss->currentMove = move;
1014       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1015
1016       // Step 15. Make the move
1017       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1018
1019       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1020       // re-searched at full depth.
1021       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1022           &&  moveCount > 1
1023           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1024       {
1025           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1026
1027           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1028           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1029               r -= ONE_PLY;
1030
1031           if (!captureOrPromotion)
1032           {
1033               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1034               if (pvExact)
1035                   r -= ONE_PLY;
1036
1037               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1038               if (ttCapture)
1039                   r += ONE_PLY;
1040
1041               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1042               if (cutNode)
1043                   r += 2 * ONE_PLY;
1044
1045               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1046               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1047               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1048               else if (    type_of(move) == NORMAL
1049                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1050                   r -= 2 * ONE_PLY;
1051
1052               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1053                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1054                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1055                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1056                              - 4000;
1057
1058               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1059               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1060                   r -= ONE_PLY;
1061
1062               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1063                   r += ONE_PLY;
1064
1065               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1066               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1067           }
1068
1069           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1070
1071           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1072
1073           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1074       }
1075       else
1076           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1077
1078       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1079       if (doFullDepthSearch)
1080           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1081
1082       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1083       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1084       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1085       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1086       {
1087           (ss+1)->pv = pv;
1088           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1089
1090           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1091       }
1092
1093       // Step 18. Undo move
1094       pos.undo_move(move);
1095
1096       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1097
1098       // Step 19. Check for a new best move
1099       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1100       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1101       // updating best move, PV and TT.
1102       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1103           return VALUE_ZERO;
1104
1105       if (rootNode)
1106       {
1107           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1108                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1109
1110           // PV move or new best move?
1111           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1112           {
1113               rm.score = value;
1114               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1115               rm.pv.resize(1);
1116
1117               assert((ss+1)->pv);
1118
1119               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1120                   rm.pv.push_back(*m);
1121
1122               // We record how often the best move has been changed in each
1123               // iteration. This information is used for time management: When
1124               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1125               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1126                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1127           }
1128           else
1129               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1130               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1131               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1132               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1133       }
1134
1135       if (value > bestValue)
1136       {
1137           bestValue = value;
1138
1139           if (value > alpha)
1140           {
1141               bestMove = move;
1142
1143               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1144                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1145
1146               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1147                   alpha = value;
1148               else
1149               {
1150                   assert(value >= beta); // Fail high
1151                   ss->statScore = 0;
1152                   break;
1153               }
1154           }
1155       }
1156
1157       if (move != bestMove)
1158       {
1159           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1160               capturesSearched[captureCount++] = move;
1161
1162           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1163               quietsSearched[quietCount++] = move;
1164       }
1165     }
1166
1167     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1168     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1169     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1170     /*
1171        if (Threads.stop)
1172         return VALUE_DRAW;
1173     */
1174
1175     // Step 20. Check for mate and stalemate
1176     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1177     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1178     // return a fail low score.
1179
1180     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1181
1182     if (!moveCount)
1183         bestValue = excludedMove ? alpha
1184                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1185     else if (bestMove)
1186     {
1187         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1188         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1189             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1190                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1191
1192         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1193
1194         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1195         if (   (ss-1)->moveCount == 1
1196             || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0] && (ss-1)->killers[0]))
1197             if (!pos.captured_piece())
1198                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1199
1200     }
1201     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1202     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1203              && !pos.captured_piece()
1204              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1205         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1206
1207     if (PvNode)
1208         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1209
1210     if (!excludedMove)
1211         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1212                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1213                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1214                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1215
1216     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1217
1218     return bestValue;
1219   }
1220
1221
1222   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1223   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1224   template <NodeType NT>
1225   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1226
1227     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1228
1229     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1230     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1231     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1232     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1233
1234     Move pv[MAX_PLY+1];
1235     StateInfo st;
1236     TTEntry* tte;
1237     Key posKey;
1238     Move ttMove, move, bestMove;
1239     Depth ttDepth;
1240     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1241     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1242     int moveCount;
1243
1244     if (PvNode)
1245     {
1246         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1247         (ss+1)->pv = pv;
1248         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1249     }
1250
1251     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1252     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1253     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1254     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1255     inCheck = pos.checkers();
1256     moveCount = 0;
1257
1258     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1259     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1260         || ss->ply >= MAX_PLY)
1261         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1262
1263     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1264
1265     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1266     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1267     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1268     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1269                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1270     // Transposition table lookup
1271     posKey = pos.key();
1272     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1273     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1274     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1275
1276     if (  !PvNode
1277         && ttHit
1278         && tte->depth() >= ttDepth
1279         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1280         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1281                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1282         return ttValue;
1283
1284     // Evaluate the position statically
1285     if (inCheck)
1286     {
1287         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1288         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1289     }
1290     else
1291     {
1292         if (ttHit)
1293         {
1294             // Never assume anything on values stored in TT
1295             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1296                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1297
1298             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1299             if (    ttValue != VALUE_NONE
1300                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1301                 bestValue = ttValue;
1302         }
1303         else
1304             ss->staticEval = bestValue =
1305             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1306                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1307
1308         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1309         if (bestValue >= beta)
1310         {
1311             if (!ttHit)
1312                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1313                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1314
1315             return bestValue;
1316         }
1317
1318         if (PvNode && bestValue > alpha)
1319             alpha = bestValue;
1320
1321         futilityBase = bestValue + 128;
1322     }
1323
1324     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1325
1326     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1327     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1328     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1329     // be generated.
1330     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1331                                       &thisThread->captureHistory,
1332                                       contHist,
1333                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1334
1335     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1336     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1337     {
1338       assert(is_ok(move));
1339
1340       givesCheck = gives_check(pos, move);
1341
1342       moveCount++;
1343
1344       // Futility pruning
1345       if (   !inCheck
1346           && !givesCheck
1347           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1348           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1349       {
1350           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1351
1352           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1353
1354           if (futilityValue <= alpha)
1355           {
1356               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1357               continue;
1358           }
1359
1360           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1361           {
1362               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1363               continue;
1364           }
1365       }
1366
1367       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1368       evasionPrunable =    inCheck
1369                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1370                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1371                        && !pos.capture(move);
1372
1373       // Don't search moves with negative SEE values
1374       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1375           && !pos.see_ge(move))
1376           continue;
1377
1378       // Speculative prefetch as early as possible
1379       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1380
1381       // Check for legality just before making the move
1382       if (!pos.legal(move))
1383       {
1384           moveCount--;
1385           continue;
1386       }
1387
1388       ss->currentMove = move;
1389       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1390
1391       // Make and search the move
1392       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1393       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1394       pos.undo_move(move);
1395
1396       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1397
1398       // Check for a new best move
1399       if (value > bestValue)
1400       {
1401           bestValue = value;
1402
1403           if (value > alpha)
1404           {
1405               bestMove = move;
1406
1407               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1408                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1409
1410               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1411                   alpha = value;
1412               else
1413                   break; // Fail high
1414           }
1415        }
1416     }
1417
1418     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1419     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1420     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1421         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1422
1423     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1424               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1425               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1426               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1427
1428     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1429
1430     return bestValue;
1431   }
1432
1433
1434   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1435   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1436   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1437
1438   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1439
1440     assert(v != VALUE_NONE);
1441
1442     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1443           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1444   }
1445
1446
1447   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1448   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1449   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1450
1451   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1452
1453     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1454           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1455           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1456   }
1457
1458
1459   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1460
1461   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1462
1463     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1464         *pv++ = *childPv++;
1465     *pv = MOVE_NONE;
1466   }
1467
1468
1469   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1470   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1471
1472   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1473
1474     for (int i : {1, 2, 4})
1475         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1476             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1477   }
1478
1479
1480   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1481
1482   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1483                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1484
1485       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1486       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1487       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1488
1489       if (pos.capture_or_promotion(move))
1490           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1491
1492       // Decrease all the other played capture moves
1493       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1494       {
1495           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1496           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1497           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1498       }
1499   }
1500
1501
1502   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1503
1504   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1505                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1506
1507     if (ss->killers[0] != move)
1508     {
1509         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1510         ss->killers[0] = move;
1511     }
1512
1513     Color us = pos.side_to_move();
1514     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1515     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1516     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1517
1518     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1519     {
1520         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1521         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1522     }
1523
1524     // Decrease all the other played quiet moves
1525     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1526     {
1527         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1528         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1529     }
1530   }
1531
1532   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1533   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1534
1535   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1536
1537     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1538     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1539
1540     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1541     Value topScore = rootMoves[0].score;
1542     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1543     int weakness = 120 - 2 * level;
1544     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1545
1546     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1547     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1548     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1549     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1550     {
1551         // This is our magic formula
1552         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1553                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1554
1555         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1556         {
1557             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1558             best = rootMoves[i].pv[0];
1559         }
1560     }
1561
1562     return best;
1563   }
1564
1565 } // namespace
1566
1567 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1568 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1569
1570 void MainThread::check_time() {
1571
1572   if (--callsCnt > 0)
1573       return;
1574
1575   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1576   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1577
1578   static TimePoint lastInfoTime = now();
1579
1580   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1581   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1582
1583   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1584   {
1585       lastInfoTime = tick;
1586       dbg_print();
1587   }
1588
1589   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1590   if (Threads.ponder)
1591       return;
1592
1593   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1594       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1595       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1596       Threads.stop = true;
1597 }
1598
1599
1600 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1601 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1602
1603 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1604
1605   std::stringstream ss;
1606   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1607   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1608   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1609   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1610   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1611   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1612
1613   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1614   {
1615       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1616
1617       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1618           continue;
1619
1620       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1621       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1622
1623       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1624       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1625
1626       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1627           ss << "\n";
1628
1629       ss << "info"
1630          << " depth "    << d / ONE_PLY
1631          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1632          << " multipv "  << i + 1
1633          << " score "    << UCI::value(v);
1634
1635       if (!tb && i == pvIdx)
1636           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1637
1638       ss << " nodes "    << nodesSearched
1639          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1640
1641       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1642           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1643
1644       ss << " tbhits "   << tbHits
1645          << " time "     << elapsed
1646          << " pv";
1647
1648       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1649           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1650   }
1651
1652   return ss.str();
1653 }
1654
1655
1656 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1657 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1658 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1659 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1660
1661 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1662
1663     StateInfo st;
1664     bool ttHit;
1665
1666     assert(pv.size() == 1);
1667
1668     if (!pv[0])
1669         return false;
1670
1671     pos.do_move(pv[0], st);
1672     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1673
1674     if (ttHit)
1675     {
1676         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1677         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1678             pv.push_back(m);
1679     }
1680
1681     pos.undo_move(pv[0]);
1682     return pv.size() > 1;
1683 }
1684
1685 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1686
1687     RootInTB = false;
1688     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1689     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1690     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1691     bool dtz_available = true;
1692
1693     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1694     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1695     if (Cardinality > MaxCardinality)
1696     {
1697         Cardinality = MaxCardinality;
1698         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1699     }
1700
1701     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1702     {
1703         // Rank moves using DTZ tables
1704         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1705
1706         if (!RootInTB)
1707         {
1708             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1709             dtz_available = false;
1710             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1711         }
1712     }
1713
1714     if (RootInTB)
1715     {
1716         // Sort moves according to TB rank
1717         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1718                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1719
1720         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1721         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1722             Cardinality = 0;
1723     }
1724     else
1725     {
1726         // Assign the same rank to all moves
1727         for (auto& m : rootMoves)
1728             m.tbRank = 0;
1729     }
1730 }