7979fd5b549a349add8853c513ccd5da5388b745
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
71   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
72     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
73   }
74
75   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
76   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
77   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
78
79   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
80     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
81   }
82
83   // History and stats update bonus, based on depth
84   int stat_bonus(Depth depth) {
85     int d = depth / ONE_PLY;
86     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
87   }
88
89   // Skill structure is used to implement strength limit
90   struct Skill {
91     explicit Skill(int l) : level(l) {}
92     bool enabled() const { return level < 20; }
93     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
94     Move pick_best(size_t multiPV);
95
96     int level;
97     Move best = MOVE_NONE;
98   };
99
100   template <NodeType NT>
101   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
102
103   template <NodeType NT>
104   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
105
106   Value value_to_tt(Value v, int ply);
107   Value value_from_tt(Value v, int ply);
108   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
109   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
110   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
111   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
112
113   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
114     Color us = pos.side_to_move();
115     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
116           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
117           : pos.gives_check(move);
118   }
119
120   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
121   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
122   template<bool Root>
123   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
124
125     StateInfo st;
126     uint64_t cnt, nodes = 0;
127     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
128
129     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
130     {
131         if (Root && depth <= ONE_PLY)
132             cnt = 1, nodes++;
133         else
134         {
135             pos.do_move(m, st);
136             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
137             nodes += cnt;
138             pos.undo_move(m);
139         }
140         if (Root)
141             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
142     }
143     return nodes;
144   }
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
154       for (int d = 1; d < 64; ++d)
155           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
156           {
157               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
158
159               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
160               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
161
162               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
163               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
164                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
165           }
166
167   for (int d = 0; d < 16; ++d)
168   {
169       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
170       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
171   }
172 }
173
174
175 /// Search::clear() resets search state to its initial value
176
177 void Search::clear() {
178
179   Threads.main()->wait_for_search_finished();
180
181   Time.availableNodes = 0;
182   TT.clear();
183   Threads.clear();
184 }
185
186
187 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
188 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
189
190 void MainThread::search() {
191
192   if (Limits.perft)
193   {
194       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
195       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
196       return;
197   }
198
199   Color us = rootPos.side_to_move();
200   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
201   TT.new_search();
202
203   if (rootMoves.empty())
204   {
205       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
206       sync_cout << "info depth 0 score "
207                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
208                 << sync_endl;
209   }
210   else
211   {
212       for (Thread* th : Threads)
213           if (th != this)
214               th->start_searching();
215
216       Thread::search(); // Let's start searching!
217   }
218
219   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
220   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
221   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
222   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
223   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
224   Threads.stopOnPonderhit = true;
225
226   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
227   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
228
229   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
230   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
231   Threads.stop = true;
232
233   // Wait until all threads have finished
234   for (Thread* th : Threads)
235       if (th != this)
236           th->wait_for_search_finished();
237
238   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
239   // the available ones before exiting.
240   if (Limits.npmsec)
241       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
242
243   // Check if there are threads with a better score than main thread
244   Thread* bestThread = this;
245   if (    Options["MultiPV"] == 1
246       && !Limits.depth
247       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
248       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
249   {
250       for (Thread* th : Threads)
251       {
252           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
253           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
254
255           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
256           if (    scoreDiff > 0
257               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
258               bestThread = th;
259       }
260   }
261
262   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
263
264   // Send again PV info if we have a new best thread
265   if (bestThread != this)
266       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
267
268   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
269
270   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
271       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
272
273   std::cout << sync_endl;
274 }
275
276
277 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
278 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
279 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280
281 void Thread::search() {
282
283   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
284   Value bestValue, alpha, beta, delta;
285   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
286   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
287   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
288   double timeReduction = 1.0;
289   Color us = rootPos.side_to_move();
290
291   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
292   for (int i = 4; i > 0; i--)
293      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
294
295   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
296   beta = VALUE_INFINITE;
297
298   if (mainThread)
299       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
300
301   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
302   Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
305   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306   if (skill.enabled())
307       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
308
309   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
310
311   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
312   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
313                                 : -make_score(ct, ct / 2));
314
315   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
316   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
317          && !Threads.stop
318          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
319   {
320       // Distribute search depths across the helper threads
321       if (idx > 0)
322       {
323           int i = (idx - 1) % 20;
324           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
325               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
326       }
327
328       // Age out PV variability metric
329       if (mainThread)
330           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
331
332       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
333       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
334       for (RootMove& rm : rootMoves)
335           rm.previousScore = rm.score;
336
337       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
338       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
339       {
340           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
341           selDepth = 0;
342
343           // Reset aspiration window starting size
344           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
345           {
346               delta = Value(18);
347               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
348               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
349
350               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
351
352               // Adjust contempt based on current bestValue (dynamic contempt)
353               ct += int(std::round(48 * atan(float(bestValue) / 128)));
354
355               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
356                                             : -make_score(ct, ct / 2));
357           }
358
359           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
360           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
361           // high/low anymore.
362           while (true)
363           {
364               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
365
366               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
367               // is done with a stable algorithm because all the values but the
368               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
369               // and we want to keep the same order for all the moves except the
370               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
371               // search the already searched PV lines are preserved.
372               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
373
374               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
375               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
376               // the previous iteration.
377               if (Threads.stop)
378                   break;
379
380               // When failing high/low give some update (without cluttering
381               // the UI) before a re-search.
382               if (   mainThread
383                   && multiPV == 1
384                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
385                   && Time.elapsed() > 3000)
386                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
387
388               // In case of failing low/high increase aspiration window and
389               // re-search, otherwise exit the loop.
390               if (bestValue <= alpha)
391               {
392                   beta = (alpha + beta) / 2;
393                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
394
395                   if (mainThread)
396                   {
397                       mainThread->failedLow = true;
398                       Threads.stopOnPonderhit = false;
399                   }
400               }
401               else if (bestValue >= beta)
402                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
403               else
404                   break;
405
406               delta += delta / 4 + 5;
407
408               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
409           }
410
411           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
412           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
413
414           if (    mainThread
415               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
416               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
417       }
418
419       if (!Threads.stop)
420           completedDepth = rootDepth;
421
422       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
423          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
424          lastBestMoveDepth = rootDepth;
425       }
426
427       // Have we found a "mate in x"?
428       if (   Limits.mate
429           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
430           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
431           Threads.stop = true;
432
433       if (!mainThread)
434           continue;
435
436       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
437       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
438           skill.pick_best(multiPV);
439
440       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
441       if (    Limits.use_time_management()
442           && !Threads.stop
443           && !Threads.stopOnPonderhit)
444           {
445               const int F[] = { mainThread->failedLow,
446                                 bestValue - mainThread->previousScore };
447
448               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
449
450               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
451               timeReduction = 1.0;
452               for (int i : {3, 4, 5})
453                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
454                      timeReduction *= 1.25;
455
456               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
457               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
458               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
459
460               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
461               if (   rootMoves.size() == 1
462                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
463               {
464                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
465                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
466                   if (Threads.ponder)
467                       Threads.stopOnPonderhit = true;
468                   else
469                       Threads.stop = true;
470               }
471           }
472   }
473
474   if (!mainThread)
475       return;
476
477   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
478
479   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
480   if (skill.enabled())
481       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
482                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
483 }
484
485
486 namespace {
487
488   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
489
490   template <NodeType NT>
491   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
492
493     // Use quiescence search when needed
494     if (depth < ONE_PLY)
495         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
496
497     constexpr bool PvNode = NT == PV;
498     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
499
500     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
501     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
502     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
503     assert(!(PvNode && cutNode));
504     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
505
506     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
507     StateInfo st;
508     TTEntry* tte;
509     Key posKey;
510     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
511     Depth extension, newDepth;
512     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
513     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
514     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
515     Piece movedPiece;
516     int moveCount, captureCount, quietCount;
517
518     // Step 1. Initialize node
519     Thread* thisThread = pos.this_thread();
520     inCheck = pos.checkers();
521     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
522     bestValue = -VALUE_INFINITE;
523     maxValue = VALUE_INFINITE;
524
525     // Check for the available remaining time
526     if (thisThread == Threads.main())
527         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
528
529     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
530     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
531         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
532
533     if (!rootNode)
534     {
535         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
536         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
537             || pos.is_draw(ss->ply)
538             || ss->ply >= MAX_PLY)
539             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
540
541         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
542         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
543         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
544         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
545         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
546         // mate. In this case return a fail-high score.
547         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
548         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
549         if (alpha >= beta)
550             return alpha;
551     }
552
553     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
554
555     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
556     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
557     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
558     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
559     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
560
561     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
562     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
563     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
564     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
565     // LMR which are based on the statScore of parent position.
566     (ss+2)->statScore = 0;
567
568     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
569     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
570     // position key in case of an excluded move.
571     excludedMove = ss->excludedMove;
572     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
573     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
574     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
575     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
576             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
577
578     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
579     if (  !PvNode
580         && ttHit
581         && tte->depth() >= depth
582         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
583         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
584                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
585     {
586         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
587         if (ttMove)
588         {
589             if (ttValue >= beta)
590             {
591                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
592                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
593
594                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
595                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
596                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
597             }
598             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
599             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
600             {
601                 int penalty = -stat_bonus(depth);
602                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
603                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
604             }
605         }
606         return ttValue;
607     }
608
609     // Step 5. Tablebases probe
610     if (!rootNode && TB::Cardinality)
611     {
612         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
613
614         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
615             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
616             &&  pos.rule50_count() == 0
617             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
618         {
619             TB::ProbeState err;
620             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
621
622             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
623             {
624                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
625
626                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
627
628                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
629                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
630                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
631
632                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
633                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
634
635                 if (    b == BOUND_EXACT
636                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
637                 {
638                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
639                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
640                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
641
642                     return value;
643                 }
644
645                 if (PvNode)
646                 {
647                     if (b == BOUND_LOWER)
648                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
649                     else
650                         maxValue = value;
651                 }
652             }
653         }
654     }
655
656     // Step 6. Evaluate the position statically
657     if (inCheck)
658     {
659         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
660         improving = false;
661         goto moves_loop;
662     }
663     else if (ttHit)
664     {
665         // Never assume anything on values stored in TT
666         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
667             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
668
669         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
670         if (    ttValue != VALUE_NONE
671             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
672             eval = ttValue;
673     }
674     else
675     {
676         ss->staticEval = eval =
677         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
678                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
679
680         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
681                   ss->staticEval, TT.generation());
682     }
683
684     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
685                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
686
687     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
688         goto moves_loop;
689
690     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
691     if (  !PvNode
692         && depth < 3 * ONE_PLY
693         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
694     {
695         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
696         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
697         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
698             return v;
699     }
700
701     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
702     if (   !rootNode
703         &&  depth < 7 * ONE_PLY
704         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
705         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
706         return eval;
707
708     // Step 9. Null move search with verification search
709     if (   !PvNode
710         &&  eval >= beta
711         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
712         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
713     {
714         assert(eval - beta >= 0);
715
716         // Null move dynamic reduction based on depth and value
717         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
718
719         ss->currentMove = MOVE_NULL;
720         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
721
722         pos.do_null_move(st);
723
724         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
725
726         pos.undo_null_move();
727
728         if (nullValue >= beta)
729         {
730             // Do not return unproven mate scores
731             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
732                 nullValue = beta;
733
734             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
735                 return nullValue;
736
737             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
738             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
739             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
740             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
741
742             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
743
744             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
745
746             if (v >= beta)
747                 return nullValue;
748         }
749     }
750
751     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
752     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
753     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
754     if (   !PvNode
755         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
756         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
757     {
758         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
759
760         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
761         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
762         int probCutCount = 0;
763
764         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
765                && probCutCount < 3)
766             if (pos.legal(move))
767             {
768                 probCutCount++;
769
770                 ss->currentMove = move;
771                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
772
773                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
774
775                 pos.do_move(move, st);
776
777                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
778                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
779
780                 // If the qsearch held perform the regular search
781                 if (value >= rbeta)
782                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
783
784                 pos.undo_move(move);
785
786                 if (value >= rbeta)
787                     return value;
788             }
789     }
790
791     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
792     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
793         && !ttMove
794         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
795     {
796         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
797         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
798
799         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
800         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
801         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
802     }
803
804 moves_loop: // When in check, search starts from here
805
806     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
807     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
808
809     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
810     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
811
812     singularExtensionNode =   !rootNode
813                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
814                            &&  ttMove != MOVE_NONE
815                            &&  ttValue != VALUE_NONE
816                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
817                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
818                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
819     skipQuiets = false;
820     ttCapture = false;
821     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
822
823     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
824     // or a beta cutoff occurs.
825     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
826     {
827       assert(is_ok(move));
828
829       if (move == excludedMove)
830           continue;
831
832       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
833       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
834       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
835       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
836                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
837           continue;
838
839       ss->moveCount = ++moveCount;
840
841       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
842           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
843                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
844                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
845       if (PvNode)
846           (ss+1)->pv = nullptr;
847
848       extension = DEPTH_ZERO;
849       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
850       movedPiece = pos.moved_piece(move);
851       givesCheck = gives_check(pos, move);
852
853       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
854                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
855
856       // Step 13. Extensions
857
858       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
859       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
860       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
861       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
862       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
863       if (    singularExtensionNode
864           &&  move == ttMove
865           &&  pos.legal(move))
866       {
867           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
868           ss->excludedMove = move;
869           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
870           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
871
872           if (value < rBeta)
873               extension = ONE_PLY;
874       }
875       else if (    givesCheck // Check extension
876                && !moveCountPruning
877                &&  pos.see_ge(move))
878           extension = ONE_PLY;
879
880       // Calculate new depth for this move
881       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
882
883       // Step 14. Pruning at shallow depth
884       if (  !rootNode
885           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
886           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
887       {
888           if (   !captureOrPromotion
889               && !givesCheck
890               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
891           {
892               // Move count based pruning
893               if (moveCountPruning)
894               {
895                   skipQuiets = true;
896                   continue;
897               }
898
899               // Reduced depth of the next LMR search
900               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
901
902               // Countermoves based pruning
903               if (   lmrDepth < 3
904                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
905                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
906                   continue;
907
908               // Futility pruning: parent node
909               if (   lmrDepth < 7
910                   && !inCheck
911                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
912                   continue;
913
914               // Prune moves with negative SEE
915               if (   lmrDepth < 8
916                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
917                   continue;
918           }
919           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
920                    && !extension
921                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
922                   continue;
923       }
924
925       // Speculative prefetch as early as possible
926       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
927
928       // Check for legality just before making the move
929       if (!rootNode && !pos.legal(move))
930       {
931           ss->moveCount = --moveCount;
932           continue;
933       }
934
935       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
936           ttCapture = true;
937
938       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
939       ss->currentMove = move;
940       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
941
942       // Step 15. Make the move
943       pos.do_move(move, st, givesCheck);
944
945       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
946       // re-searched at full depth.
947       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
948           &&  moveCount > 1
949           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
950       {
951           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
952
953           if (captureOrPromotion)
954               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
955           else
956           {
957               // Decrease reduction if opponent's move count is high
958               if ((ss-1)->moveCount > 15)
959                   r -= ONE_PLY;
960
961               // Decrease reduction for exact PV nodes
962               if (pvExact)
963                   r -= ONE_PLY;
964
965               // Increase reduction if ttMove is a capture
966               if (ttCapture)
967                   r += ONE_PLY;
968
969               // Increase reduction for cut nodes
970               if (cutNode)
971                   r += 2 * ONE_PLY;
972
973               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
974               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
975               // hence break make_move().
976               else if (    type_of(move) == NORMAL
977                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
978                   r -= 2 * ONE_PLY;
979
980               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
981                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
982                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
983                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
984                              - 4000;
985
986               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
987               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
988                   r -= ONE_PLY;
989
990               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
991                   r += ONE_PLY;
992
993               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
994               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
995           }
996
997           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
998
999           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1000
1001           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1002       }
1003       else
1004           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1005
1006       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1007       if (doFullDepthSearch)
1008           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1009
1010       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1011       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1012       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1013       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1014       {
1015           (ss+1)->pv = pv;
1016           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1017
1018           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1019       }
1020
1021       // Step 18. Undo move
1022       pos.undo_move(move);
1023
1024       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1025
1026       // Step 19. Check for a new best move
1027       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1028       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1029       // updating best move, PV and TT.
1030       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1031           return VALUE_ZERO;
1032
1033       if (rootNode)
1034       {
1035           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1036                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1037
1038           // PV move or new best move?
1039           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1040           {
1041               rm.score = value;
1042               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1043               rm.pv.resize(1);
1044
1045               assert((ss+1)->pv);
1046
1047               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1048                   rm.pv.push_back(*m);
1049
1050               // We record how often the best move has been changed in each
1051               // iteration. This information is used for time management: When
1052               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1053               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1054                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1055           }
1056           else
1057               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1058               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1059               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1060               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1061       }
1062
1063       if (value > bestValue)
1064       {
1065           bestValue = value;
1066
1067           if (value > alpha)
1068           {
1069               bestMove = move;
1070
1071               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1072                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1073
1074               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1075                   alpha = value;
1076               else
1077               {
1078                   assert(value >= beta); // Fail high
1079                   break;
1080               }
1081           }
1082       }
1083
1084       if (move != bestMove)
1085       {
1086           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1087               capturesSearched[captureCount++] = move;
1088
1089           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1090               quietsSearched[quietCount++] = move;
1091       }
1092     }
1093
1094     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1095     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1096     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1097     /*
1098        if (Threads.stop)
1099         return VALUE_DRAW;
1100     */
1101
1102     // Step 20. Check for mate and stalemate
1103     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1104     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1105     // return a fail low score.
1106
1107     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1108
1109     if (!moveCount)
1110         bestValue = excludedMove ? alpha
1111                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1112     else if (bestMove)
1113     {
1114         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1115         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1116             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1117         else
1118             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1119
1120         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1121         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1122             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1123     }
1124     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1125     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1126              && !pos.captured_piece()
1127              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1128         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1129
1130     if (PvNode)
1131         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1132
1133     if (!excludedMove)
1134         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1135                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1136                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1137                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1138
1139     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1140
1141     return bestValue;
1142   }
1143
1144
1145   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1146   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1147   template <NodeType NT>
1148   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1149
1150     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1151
1152     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1153     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1154     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1155     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1156
1157     Move pv[MAX_PLY+1];
1158     StateInfo st;
1159     TTEntry* tte;
1160     Key posKey;
1161     Move ttMove, move, bestMove;
1162     Depth ttDepth;
1163     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1164     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1165     int moveCount;
1166
1167     if (PvNode)
1168     {
1169         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1170         (ss+1)->pv = pv;
1171         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1172     }
1173
1174     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1175     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1176     inCheck = pos.checkers();
1177     moveCount = 0;
1178
1179     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1180     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1181         || ss->ply >= MAX_PLY)
1182         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1183
1184     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1185
1186     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1187     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1188     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1189     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1190                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1191     // Transposition table lookup
1192     posKey = pos.key();
1193     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1194     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1195     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1196
1197     if (  !PvNode
1198         && ttHit
1199         && tte->depth() >= ttDepth
1200         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1201         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1202                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1203         return ttValue;
1204
1205     // Evaluate the position statically
1206     if (inCheck)
1207     {
1208         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1209         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1210     }
1211     else
1212     {
1213         if (ttHit)
1214         {
1215             // Never assume anything on values stored in TT
1216             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1217                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1218
1219             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1220             if (   ttValue != VALUE_NONE
1221                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1222                 bestValue = ttValue;
1223         }
1224         else
1225             ss->staticEval = bestValue =
1226             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1227                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1228
1229         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1230         if (bestValue >= beta)
1231         {
1232             if (!ttHit)
1233                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1234                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1235
1236             return bestValue;
1237         }
1238
1239         if (PvNode && bestValue > alpha)
1240             alpha = bestValue;
1241
1242         futilityBase = bestValue + 128;
1243     }
1244
1245     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1246     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1247     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1248     // be generated.
1249     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1250
1251     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1252     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1253     {
1254       assert(is_ok(move));
1255
1256       givesCheck = gives_check(pos, move);
1257
1258       moveCount++;
1259
1260       // Futility pruning
1261       if (   !inCheck
1262           && !givesCheck
1263           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1264           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1265       {
1266           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1267
1268           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1269
1270           if (futilityValue <= alpha)
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1273               continue;
1274           }
1275
1276           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1277           {
1278               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1279               continue;
1280           }
1281       }
1282
1283       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1284       evasionPrunable =    inCheck
1285                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1286                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1287                        && !pos.capture(move);
1288
1289       // Don't search moves with negative SEE values
1290       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1291           && !pos.see_ge(move))
1292           continue;
1293
1294       // Speculative prefetch as early as possible
1295       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1296
1297       // Check for legality just before making the move
1298       if (!pos.legal(move))
1299       {
1300           moveCount--;
1301           continue;
1302       }
1303
1304       ss->currentMove = move;
1305
1306       // Make and search the move
1307       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1308       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1309       pos.undo_move(move);
1310
1311       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1312
1313       // Check for a new best move
1314       if (value > bestValue)
1315       {
1316           bestValue = value;
1317
1318           if (value > alpha)
1319           {
1320               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1321                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1322
1323               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1324               {
1325                   alpha = value;
1326                   bestMove = move;
1327               }
1328               else // Fail high
1329               {
1330                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1331                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1332
1333                   return value;
1334               }
1335           }
1336        }
1337     }
1338
1339     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1340     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1341     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1342         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1343
1344     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1345               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1346               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1347
1348     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1349
1350     return bestValue;
1351   }
1352
1353
1354   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1355   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1356   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1357
1358   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1359
1360     assert(v != VALUE_NONE);
1361
1362     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1368   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1369   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1370
1371   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1372
1373     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1374           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1375           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1376   }
1377
1378
1379   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1380
1381   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1382
1383     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1384         *pv++ = *childPv++;
1385     *pv = MOVE_NONE;
1386   }
1387
1388
1389   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1390   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1391
1392   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1393
1394     for (int i : {1, 2, 4})
1395         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1396             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1397   }
1398
1399
1400   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1401
1402   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1403                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1404
1405       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1406       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1407       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1408       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1409
1410       // Decrease all the other played capture moves
1411       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1412       {
1413           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1414           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1415           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1416       }
1417   }
1418
1419
1420   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1421
1422   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1423                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1424
1425     if (ss->killers[0] != move)
1426     {
1427         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1428         ss->killers[0] = move;
1429     }
1430
1431     Color us = pos.side_to_move();
1432     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1433     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1434     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1435
1436     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1437     {
1438         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1439         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1440     }
1441
1442     // Decrease all the other played quiet moves
1443     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1444     {
1445         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1446         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1447     }
1448   }
1449
1450   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1451   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1452
1453   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1454
1455     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1456     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1457
1458     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1459     Value topScore = rootMoves[0].score;
1460     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1461     int weakness = 120 - 2 * level;
1462     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1463
1464     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1465     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1466     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1467     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1468     {
1469         // This is our magic formula
1470         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1471                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1472
1473         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1474         {
1475             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1476             best = rootMoves[i].pv[0];
1477         }
1478     }
1479
1480     return best;
1481   }
1482
1483 } // namespace
1484
1485 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1486 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1487
1488 void MainThread::check_time() {
1489
1490   if (--callsCnt > 0)
1491       return;
1492
1493   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1494   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1495
1496   static TimePoint lastInfoTime = now();
1497
1498   int elapsed = Time.elapsed();
1499   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1500
1501   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1502   {
1503       lastInfoTime = tick;
1504       dbg_print();
1505   }
1506
1507   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1508   if (Threads.ponder)
1509       return;
1510
1511   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1512       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1513       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1514       Threads.stop = true;
1515 }
1516
1517
1518 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1519 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1520
1521 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1522
1523   std::stringstream ss;
1524   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1525   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1526   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1527   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1528   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1529   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1530
1531   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1532   {
1533       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1534
1535       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1536           continue;
1537
1538       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1539       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1540
1541       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1542       v = tb ? TB::Score : v;
1543
1544       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1545           ss << "\n";
1546
1547       ss << "info"
1548          << " depth "    << d / ONE_PLY
1549          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1550          << " multipv "  << i + 1
1551          << " score "    << UCI::value(v);
1552
1553       if (!tb && i == PVIdx)
1554           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1555
1556       ss << " nodes "    << nodesSearched
1557          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1558
1559       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1560           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1561
1562       ss << " tbhits "   << tbHits
1563          << " time "     << elapsed
1564          << " pv";
1565
1566       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1567           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1568   }
1569
1570   return ss.str();
1571 }
1572
1573
1574 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1575 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1576 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1577 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1578
1579 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1580
1581     StateInfo st;
1582     bool ttHit;
1583
1584     assert(pv.size() == 1);
1585
1586     if (!pv[0])
1587         return false;
1588
1589     pos.do_move(pv[0], st);
1590     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1591
1592     if (ttHit)
1593     {
1594         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1595         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1596             pv.push_back(m);
1597     }
1598
1599     pos.undo_move(pv[0]);
1600     return pv.size() > 1;
1601 }
1602
1603
1604 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1605
1606     RootInTB = false;
1607     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1608     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1609     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1610
1611     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1612     if (Cardinality > MaxCardinality)
1613     {
1614         Cardinality = MaxCardinality;
1615         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1616     }
1617
1618     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1619         return;
1620
1621     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1622     if (Options["MultiPV"] != 1)
1623         return;
1624
1625     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1626     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1627     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1628
1629     if (RootInTB)
1630         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1631
1632     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1633     {
1634         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1635         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1636
1637         // Only probe during search if winning
1638         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1639             Cardinality = 0;
1640     }
1641
1642     if (RootInTB && !UseRule50)
1643         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1644                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1645                                             :  VALUE_DRAW;
1646
1647     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1648     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1649     for (RootMove& rm : rootMoves)
1650         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1651 }