789a4a2ffd7f68aa93397919e1d1bc8e9ff2fd19
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
172   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
183       for (int d = 1; d < 64; ++d)
184           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
185           {
186               double r = log(d) * log(mc) / 2;
187               if (r < 0.80)
188                 continue;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211   CounterMoveHistory.clear();
212
213   for (Thread* th : Threads)
214   {
215       th->history.clear();
216       th->counterMoves.clear();
217       th->fromTo.clear();
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   CheckInfo ci(pos);
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
316               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
317               bestThread = th;
318   }
319
320   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
321
322   // Send new PV when needed
323   if (bestThread != this)
324       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
325
326   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
327
328   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
329       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
330
331   std::cout << sync_endl;
332 }
333
334
335 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
336 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
337 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
338
339 void Thread::search() {
340
341   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
342   Value bestValue, alpha, beta, delta;
343   Move easyMove = MOVE_NONE;
344   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
345
346   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
347
348   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349   beta = VALUE_INFINITE;
350   completedDepth = DEPTH_ZERO;
351
352   if (mainThread)
353   {
354       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
355       EasyMove.clear();
356       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
357       mainThread->bestMoveChanges = 0;
358       TT.new_search();
359   }
360
361   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
362   Skill skill(Options["Skill Level"]);
363
364   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
365   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
366   if (skill.enabled())
367       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
368
369   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
370
371   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
372   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
373          && !Signals.stop
374          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
375   {
376       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
377       // 2nd ply (using a half-density matrix).
378       if (!mainThread)
379       {
380           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
381           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
382              continue;
383       }
384
385       // Age out PV variability metric
386       if (mainThread)
387           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
388
389       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
390       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
391       for (RootMove& rm : rootMoves)
392           rm.previousScore = rm.score;
393
394       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
395       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
396       {
397           // Reset aspiration window starting size
398           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
399           {
400               delta = Value(18);
401               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
402               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
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're not failing
407           // high/low anymore.
408           while (true)
409           {
410               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
411
412               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
413               // is done with a stable algorithm because all the values but the
414               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
415               // and we want to keep the same order for all the moves except the
416               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
417               // search the already searched PV lines are preserved.
418               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
419
420               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
421               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
422               // valid, although it refers to the previous iteration.
423               if (Signals.stop)
424                   break;
425
426               // When failing high/low give some update (without cluttering
427               // the UI) before a re-search.
428               if (   mainThread
429                   && multiPV == 1
430                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
431                   && Time.elapsed() > 3000)
432                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
433
434               // In case of failing low/high increase aspiration window and
435               // re-search, otherwise exit the loop.
436               if (bestValue <= alpha)
437               {
438                   beta = (alpha + beta) / 2;
439                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
440
441                   if (mainThread)
442                   {
443                       mainThread->failedLow = true;
444                       Signals.stopOnPonderhit = false;
445                   }
446               }
447               else if (bestValue >= beta)
448               {
449                   alpha = (alpha + beta) / 2;
450                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
451               }
452               else
453                   break;
454
455               delta += delta / 4 + 5;
456
457               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
458           }
459
460           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
461           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
462
463           if (!mainThread)
464               continue;
465
466           if (Signals.stop)
467               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
468                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
469
470           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
471               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
472       }
473
474       if (!Signals.stop)
475           completedDepth = rootDepth;
476
477       if (!mainThread)
478           continue;
479
480       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
481       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
482           skill.pick_best(multiPV);
483
484       // Have we found a "mate in x"?
485       if (   Limits.mate
486           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
487           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
488           Signals.stop = true;
489
490       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
491       if (Limits.use_time_management())
492       {
493           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
494           {
495               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
496               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
497               // from the previous search and just did a fast verification.
498               const int F[] = { mainThread->failedLow,
499                                 bestValue - mainThread->previousScore };
500
501               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
502               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
503
504               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
505                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
506                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
507
508               if (   rootMoves.size() == 1
509                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
510                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
511               {
512                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
513                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
514                   if (Limits.ponder)
515                       Signals.stopOnPonderhit = true;
516                   else
517                       Signals.stop = true;
518               }
519           }
520
521           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
522               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
523           else
524               EasyMove.clear();
525       }
526   }
527
528   if (!mainThread)
529       return;
530
531   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
532   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
533   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
534       EasyMove.clear();
535
536   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
537   if (skill.enabled())
538       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
539                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
540 }
541
542
543 namespace {
544
545   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
546
547   template <NodeType NT>
548   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
549
550     const bool PvNode = NT == PV;
551     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
552
553     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
554     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
555     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
556     assert(!(PvNode && cutNode));
557     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
558
559     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
560     StateInfo st;
561     TTEntry* tte;
562     Key posKey;
563     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
564     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
565     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
566     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
567     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
568     Piece moved_piece;
569     int moveCount, quietCount;
570
571     // Step 1. Initialize node
572     Thread* thisThread = pos.this_thread();
573     inCheck = pos.checkers();
574     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
575     bestValue = -VALUE_INFINITE;
576     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
577
578     // Check for the available remaining time
579     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
580     {
581         thisThread->resetCalls = false;
582         thisThread->callsCnt = 0;
583     }
584     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
585     {
586         for (Thread* th : Threads)
587             th->resetCalls = true;
588
589         check_time();
590     }
591
592     // Used to send selDepth info to GUI
593     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
594         thisThread->maxPly = ss->ply;
595
596     if (!rootNode)
597     {
598         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
599         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
600             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
601                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
602
603         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
604         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
605         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
606         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
607         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
608         // mate. In this case return a fail-high score.
609         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
610         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
611         if (alpha >= beta)
612             return alpha;
613     }
614
615     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
616
617     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
618     ss->counterMoves = nullptr;
619     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
620     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
621
622     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
623     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
624     // position key in case of an excluded move.
625     excludedMove = ss->excludedMove;
626     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
627     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
628     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
629     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
630             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
631
632     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
633     if (  !PvNode
634         && ttHit
635         && tte->depth() >= depth
636         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
637         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
638                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
639     {
640         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
641
642         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
643         if (ttValue >= beta && ttMove)
644         {
645             int d = depth / ONE_PLY;
646
647             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
648             {
649                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
650                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
651             }
652
653             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
654             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
655             {
656                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
657                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
658                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
659             }
660         }
661         return ttValue;
662     }
663
664     // Step 4a. Tablebase probe
665     if (!rootNode && TB::Cardinality)
666     {
667         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
668
669         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
670             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
671             &&  pos.rule50_count() == 0
672             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
673         {
674             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
675
676             if (found)
677             {
678                 TB::Hits++;
679
680                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
681
682                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
683                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
684                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
685
686                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
687                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
688                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
689
690                 return value;
691             }
692         }
693     }
694
695     // Step 5. Evaluate the position statically
696     if (inCheck)
697     {
698         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
699         goto moves_loop;
700     }
701
702     else if (ttHit)
703     {
704         // Never assume anything on values stored in TT
705         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
706             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
707
708         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
709         if (ttValue != VALUE_NONE)
710             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
711                 eval = ttValue;
712     }
713     else
714     {
715         eval = ss->staticEval =
716         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
717                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
718
719         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
720                   ss->staticEval, TT.generation());
721     }
722
723     if (ss->skipEarlyPruning)
724         goto moves_loop;
725
726     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
727     if (   !PvNode
728         &&  depth < 4 * ONE_PLY
729         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha
730         &&  ttMove == MOVE_NONE)
731     {
732         if (   depth <= ONE_PLY
733             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
734             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
735
736         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
737         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
738         if (v <= ralpha)
739             return v;
740     }
741
742     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
743     if (   !rootNode
744         &&  depth < 7 * ONE_PLY
745         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
746         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
747         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
748         return eval - futility_margin(depth);
749
750     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
751     if (   !PvNode
752         &&  eval >= beta
753         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
754         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
755     {
756         ss->currentMove = MOVE_NULL;
757         ss->counterMoves = nullptr;
758
759         assert(eval - beta >= 0);
760
761         // Null move dynamic reduction based on depth and value
762         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
763
764         pos.do_null_move(st);
765         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
766         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
767                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
768         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
769         pos.undo_null_move();
770
771         if (nullValue >= beta)
772         {
773             // Do not return unproven mate scores
774             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
775                 nullValue = beta;
776
777             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
778                 return nullValue;
779
780             // Do verification search at high depths
781             ss->skipEarlyPruning = true;
782             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
783                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
784             ss->skipEarlyPruning = false;
785
786             if (v >= beta)
787                 return nullValue;
788         }
789     }
790
791     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
792     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
793     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
794     // safely prune the previous move.
795     if (   !PvNode
796         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
797         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
798     {
799         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
800         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
801
802         assert(rdepth >= ONE_PLY);
803         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
804         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
805
806         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
807         CheckInfo ci(pos);
808
809         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
810             if (pos.legal(move, ci.pinned))
811             {
812                 ss->currentMove = move;
813                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
814                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
815                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
816                 pos.undo_move(move);
817                 if (value >= rbeta)
818                     return value;
819             }
820     }
821
822     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
823     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
824         && !ttMove
825         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
826     {
827         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
828         ss->skipEarlyPruning = true;
829         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
830         ss->skipEarlyPruning = false;
831
832         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
833         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
834     }
835
836 moves_loop: // When in check search starts from here
837
838     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
839     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
840     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
841
842     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
843     CheckInfo ci(pos);
844     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
845     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
846             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
847                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
848
849     singularExtensionNode =   !rootNode
850                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
851                            &&  ttMove != MOVE_NONE
852                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
853                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
854                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
855                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
856                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
857
858     // Step 11. Loop through moves
859     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
860     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
861     {
862       assert(is_ok(move));
863
864       if (move == excludedMove)
865           continue;
866
867       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
868       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
869       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
870       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
871                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
872           continue;
873
874       ss->moveCount = ++moveCount;
875
876       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
877           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
878                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
879                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
880
881       if (PvNode)
882           (ss+1)->pv = nullptr;
883
884       extension = DEPTH_ZERO;
885       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
886       moved_piece = pos.moved_piece(move);
887
888       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
889                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
890                   : pos.gives_check(move, ci);
891
892       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
893                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
894
895       // Step 12. Extend checks
896       if (    givesCheck
897           && !moveCountPruning
898           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
899           extension = ONE_PLY;
900
901       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
902       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
903       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
904       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
905       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
906       if (    singularExtensionNode
907           &&  move == ttMove
908           && !extension
909           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
910       {
911           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
912           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
913           ss->excludedMove = move;
914           ss->skipEarlyPruning = true;
915           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
916           ss->skipEarlyPruning = false;
917           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
918
919           if (value < rBeta)
920               extension = ONE_PLY;
921       }
922
923       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
924       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
925
926       // Step 13. Pruning at shallow depth
927       if (   !rootNode
928           && !captureOrPromotion
929           && !inCheck
930           && !givesCheck
931           && !pos.advanced_pawn_push(move)
932           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
933       {
934           // Move count based pruning
935           if (moveCountPruning)
936               continue;
937
938           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
939
940           // Countermoves based pruning
941           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
942               && move != ss->killers[0]
943               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
944               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
945               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
946               continue;
947
948           // Futility pruning: parent node
949           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
950               && ss->staticEval + 256 + 200 * predictedDepth / ONE_PLY <= alpha)
951               continue;
952
953           // Prune moves with negative SEE at low depths and below a decreasing
954           // threshold at higher depths.
955           if (predictedDepth < 8 * ONE_PLY)
956           {
957               Value see_v = predictedDepth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_ZERO
958                             : -PawnValueMg * 2 * int(predictedDepth - 3 * ONE_PLY) / ONE_PLY;
959
960               if (pos.see_sign(move) < see_v)
961                   continue;
962           }
963       }
964
965       // Speculative prefetch as early as possible
966       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
967
968       // Check for legality just before making the move
969       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
970       {
971           ss->moveCount = --moveCount;
972           continue;
973       }
974
975       ss->currentMove = move;
976       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
977
978       // Step 14. Make the move
979       pos.do_move(move, st, givesCheck);
980
981       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
982       // re-searched at full depth.
983       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
984           &&  moveCount > 1
985           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
986       {
987           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
988
989           if (captureOrPromotion)
990               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
991           else
992           {
993               // Increase reduction for cut nodes
994               if (cutNode)
995                   r += 2 * ONE_PLY;
996
997               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
998               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
999               // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1000               // because the destination square is empty.
1001               else if (   type_of(move) == NORMAL
1002                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1003                        && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1004                   r -= 2 * ONE_PLY;
1005
1006               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1007               Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
1008                          +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1009                          +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1010                          +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1011                          +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
1012               int rHist = (val - 8000) / 20000;
1013               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - rHist) * ONE_PLY);
1014           }
1015
1016           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1017
1018           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1019
1020           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1021       }
1022       else
1023           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1024
1025       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1026       if (doFullDepthSearch)
1027           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1028                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1029                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1030                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1031
1032       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1033       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1034       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1035       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1036       {
1037           (ss+1)->pv = pv;
1038           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1039
1040           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1041                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1042                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1043                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1044       }
1045
1046       // Step 17. Undo move
1047       pos.undo_move(move);
1048
1049       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1050
1051       // Step 18. Check for a new best move
1052       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1053       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1054       // updating best move, PV and TT.
1055       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1056           return VALUE_ZERO;
1057
1058       if (rootNode)
1059       {
1060           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1061                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1062
1063           // PV move or new best move ?
1064           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1065           {
1066               rm.score = value;
1067               rm.pv.resize(1);
1068
1069               assert((ss+1)->pv);
1070
1071               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1072                   rm.pv.push_back(*m);
1073
1074               // We record how often the best move has been changed in each
1075               // iteration. This information is used for time management: When
1076               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1077               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1078                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1079           }
1080           else
1081               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1082               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1083               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1084               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1085       }
1086
1087       if (value > bestValue)
1088       {
1089           bestValue = value;
1090
1091           if (value > alpha)
1092           {
1093               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1094               if (    PvNode
1095                   &&  thisThread == Threads.main()
1096                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1097                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1098                   EasyMove.clear();
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                   break;
1111               }
1112           }
1113       }
1114
1115       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1116           quietsSearched[quietCount++] = move;
1117     }
1118
1119     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1120     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1121     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1122     /*
1123        if (Signals.stop)
1124         return VALUE_DRAW;
1125     */
1126
1127     // Step 20. Check for mate and stalemate
1128     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1129     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1130     // return a fail low score.
1131     if (!moveCount)
1132         bestValue = excludedMove ? alpha
1133                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1134     else if (bestMove)
1135     {
1136         int d = depth / ONE_PLY;
1137
1138         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1139         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1140         {
1141             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1142             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1143         }
1144
1145         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1146         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1147         {
1148             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1149             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1150             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1151         }
1152     }
1153     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1154     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1155              && !pos.captured_piece_type()
1156              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1157     {
1158         int d = depth / ONE_PLY;
1159         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1160         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1161         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1162     }
1163
1164     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1165               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1166               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1167               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1168
1169     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1170
1171     return bestValue;
1172   }
1173
1174
1175   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1176   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1177   // less than ONE_PLY).
1178
1179   template <NodeType NT, bool InCheck>
1180   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1181
1182     const bool PvNode = NT == PV;
1183
1184     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1185     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1186     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1187     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1188     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1189
1190     Move pv[MAX_PLY+1];
1191     StateInfo st;
1192     TTEntry* tte;
1193     Key posKey;
1194     Move ttMove, move, bestMove;
1195     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1196     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1197     Depth ttDepth;
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->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1207     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1208
1209     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1210     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1211         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1212                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1213
1214     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1215
1216     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1217     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1218     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1219     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1220                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1221
1222     // Transposition table lookup
1223     posKey = pos.key();
1224     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1225     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1226     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1227
1228     if (  !PvNode
1229         && ttHit
1230         && tte->depth() >= ttDepth
1231         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1232         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1233                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1234     {
1235         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1236         return ttValue;
1237     }
1238
1239     // Evaluate the position statically
1240     if (InCheck)
1241     {
1242         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1243         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1244     }
1245     else
1246     {
1247         if (ttHit)
1248         {
1249             // Never assume anything on values stored in TT
1250             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1251                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1252
1253             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1254             if (ttValue != VALUE_NONE)
1255                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1256                     bestValue = ttValue;
1257         }
1258         else
1259             ss->staticEval = bestValue =
1260             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1261                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1262
1263         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1264         if (bestValue >= beta)
1265         {
1266             if (!ttHit)
1267                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1268                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1269
1270             return bestValue;
1271         }
1272
1273         if (PvNode && bestValue > alpha)
1274             alpha = bestValue;
1275
1276         futilityBase = bestValue + 128;
1277     }
1278
1279     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1280     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1281     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1282     // be generated.
1283     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1284     CheckInfo ci(pos);
1285
1286     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1287     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1288     {
1289       assert(is_ok(move));
1290
1291       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1292                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1293                   : pos.gives_check(move, ci);
1294
1295       // Futility pruning
1296       if (   !InCheck
1297           && !givesCheck
1298           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1299           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1300       {
1301           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1302
1303           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1304
1305           if (futilityValue <= alpha)
1306           {
1307               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1308               continue;
1309           }
1310
1311           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1312           {
1313               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1314               continue;
1315           }
1316       }
1317
1318       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1319       evasionPrunable =    InCheck
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           &&  type_of(move) != PROMOTION
1326           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1327           continue;
1328
1329       // Speculative prefetch as early as possible
1330       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1331
1332       // Check for legality just before making the move
1333       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1334           continue;
1335
1336       ss->currentMove = move;
1337
1338       // Make and search the move
1339       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1340       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1341                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1342       pos.undo_move(move);
1343
1344       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1345
1346       // Check for a new best move
1347       if (value > bestValue)
1348       {
1349           bestValue = value;
1350
1351           if (value > alpha)
1352           {
1353               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1354                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1355
1356               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1357               {
1358                   alpha = value;
1359                   bestMove = move;
1360               }
1361               else // Fail high
1362               {
1363                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1364                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1365
1366                   return value;
1367               }
1368           }
1369        }
1370     }
1371
1372     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1373     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1374     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1375         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1376
1377     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1378               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1379               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1380
1381     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1382
1383     return bestValue;
1384   }
1385
1386
1387   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1388   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1389   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1390
1391   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1392
1393     assert(v != VALUE_NONE);
1394
1395     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1396           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1397   }
1398
1399
1400   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1401   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1402   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1403
1404   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1405
1406     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1407           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1408           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1409   }
1410
1411
1412   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1413
1414   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1415
1416     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1417         *pv++ = *childPv++;
1418     *pv = MOVE_NONE;
1419   }
1420
1421
1422   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1423
1424   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1425
1426     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1427     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1428     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1429
1430     if (cmh)
1431         cmh->update(pc, s, bonus);
1432
1433     if (fmh1)
1434         fmh1->update(pc, s, bonus);
1435
1436     if (fmh2)
1437         fmh2->update(pc, s, bonus);
1438   }
1439
1440
1441   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1442   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1443
1444   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1445                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1446
1447     if (ss->killers[0] != move)
1448     {
1449         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1450         ss->killers[0] = move;
1451     }
1452
1453     Color c = pos.side_to_move();
1454     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1455     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1456     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1457     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1458
1459     if ((ss-1)->counterMoves)
1460     {
1461         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1462         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1463     }
1464
1465     // Decrease all the other played quiet moves
1466     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1467     {
1468         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1469         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1470         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1471     }
1472   }
1473
1474
1475   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1476   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1477
1478   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1479
1480     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1481     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1482
1483     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1484     Value topScore = rootMoves[0].score;
1485     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1486     int weakness = 120 - 2 * level;
1487     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1488
1489     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1490     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1491     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1492     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1493     {
1494         // This is our magic formula
1495         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1496                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1497
1498         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1499         {
1500             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1501             best = rootMoves[i].pv[0];
1502         }
1503     }
1504
1505     return best;
1506   }
1507
1508
1509   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1510   // when we are out of available time and thus stop the search.
1511
1512   void check_time() {
1513
1514     static TimePoint lastInfoTime = now();
1515
1516     int elapsed = Time.elapsed();
1517     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1518
1519     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1520     {
1521         lastInfoTime = tick;
1522         dbg_print();
1523     }
1524
1525     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1526     if (Limits.ponder)
1527         return;
1528
1529     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1530         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1531         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1532             Signals.stop = true;
1533   }
1534
1535 } // namespace
1536
1537
1538 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1539 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1540
1541 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1542
1543   std::stringstream ss;
1544   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1545   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1546   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1547   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1548   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1549
1550   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1551   {
1552       bool updated = (i <= PVIdx);
1553
1554       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1555           continue;
1556
1557       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1558       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1559
1560       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1561       v = tb ? TB::Score : v;
1562
1563       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1564           ss << "\n";
1565
1566       ss << "info"
1567          << " depth "    << d / ONE_PLY
1568          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1569          << " multipv "  << i + 1
1570          << " score "    << UCI::value(v);
1571
1572       if (!tb && i == PVIdx)
1573           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1574
1575       ss << " nodes "    << nodes_searched
1576          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1577
1578       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1579           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1580
1581       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1582          << " time "     << elapsed
1583          << " pv";
1584
1585       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1586           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1587   }
1588
1589   return ss.str();
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1594 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1595 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1596 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1597
1598 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1599 {
1600     StateInfo st;
1601     bool ttHit;
1602
1603     assert(pv.size() == 1);
1604
1605     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1606     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1607
1608     if (ttHit)
1609     {
1610         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1611         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1612             pv.push_back(m);
1613     }
1614
1615     pos.undo_move(pv[0]);
1616     return pv.size() > 1;
1617 }
1618
1619 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1620
1621     Hits = 0;
1622     RootInTB = false;
1623     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1624     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1625     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1626
1627     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1628     if (Cardinality > MaxCardinality)
1629     {
1630         Cardinality = MaxCardinality;
1631         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1632     }
1633
1634     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1635         return;
1636
1637     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1638     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1639     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1640
1641     if (RootInTB)
1642         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1643
1644     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1645     {
1646         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1647         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1648
1649         // Only probe during search if winning
1650         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1651             Cardinality = 0;
1652     }
1653
1654     if (RootInTB)
1655     {
1656         Hits = rootMoves.size();
1657
1658         if (!UseRule50)
1659             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1660                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1661                                                 :  VALUE_DRAW;
1662     }
1663 }