Use atomics instead of volatile
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   StateStackPtr SetupStates;
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 template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
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(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth 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, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill struct is used to implement strength limiting
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 struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
91   // stable across multiple search iterations we can fast 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 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   EasyMoveManager EasyMove;
130   double BestMoveChanges;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
153
154   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
155       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
156           for (int d = 1; d < 64; ++d)
157               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
158               {
159                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
160
161                   if (r >= 1.5)
162                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
163
164                   // Increase reduction when eval is not improving
165                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
166                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
167               }
168
169   for (int d = 0; d < 16; ++d)
170   {
171       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
172       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
173   }
174 }
175
176
177 /// Search::reset() clears all search memory, to obtain reproducible search results
178
179 void Search::reset () {
180
181   TT.clear();
182   CounterMovesHistory.clear();
183
184   for (Thread* th : Threads)
185   {
186       th->history.clear();
187       th->counterMoves.clear();
188   }
189 }
190
191
192 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
193 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
194 template<bool Root>
195 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
196
197   StateInfo st;
198   uint64_t cnt, nodes = 0;
199   CheckInfo ci(pos);
200   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
201
202   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
203   {
204       if (Root && depth <= ONE_PLY)
205           cnt = 1, nodes++;
206       else
207       {
208           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
209           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
210           nodes += cnt;
211           pos.undo_move(m);
212       }
213       if (Root)
214           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
215   }
216   return nodes;
217 }
218
219 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
220
221
222 /// MainThread::think() is called by the main thread when the program receives
223 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
224 /// the "bestmove" to output.
225
226 void MainThread::think() {
227
228   Color us = rootPos.side_to_move();
229   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
230
231   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
232   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
233   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
234
235   TB::Hits = 0;
236   TB::RootInTB = false;
237   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
238   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
239   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
240
241   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
242   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
243   {
244       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
245       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
246   }
247
248   if (rootMoves.empty())
249   {
250       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
251       sync_cout << "info depth 0 score "
252                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
253                 << sync_endl;
254   }
255   else
256   {
257       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
258                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
259       {
260           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
261           // contains only moves that preserve the draw or win.
262           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
263
264           if (TB::RootInTB)
265               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
266
267           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
268           {
269               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
270               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
271
272               // Only probe during search if winning
273               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
274                   TB::Cardinality = 0;
275           }
276
277           if (TB::RootInTB)
278           {
279               TB::Hits = rootMoves.size();
280
281               if (!TB::UseRule50)
282                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
283                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
284                                                       :  VALUE_DRAW;
285           }
286       }
287
288       for (Thread* th : Threads)
289       {
290           th->maxPly = 0;
291           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
292           th->searching = true;
293           if (th != this)
294           {
295               th->rootPos = Position(rootPos, th);
296               th->rootMoves = rootMoves;
297               th->notify_one(); // Wake up the thread and start searching
298           }
299       }
300
301       Threads.timer->run = true;
302       Threads.timer->notify_one(); // Start the recurring timer
303
304       search(true); // Let's start searching!
305
306       // Stop the threads and the timer
307       Signals.stop = true;
308       Threads.timer->run = false;
309
310       // Wait until all threads have finished
311       for (Thread* th : Threads)
312           if (th != this)
313               th->wait_while(th->searching);
314   }
315
316   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
317   // the available ones before to exit.
318   if (Limits.npmsec)
319       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
320
321   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
322   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
323   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
324   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
325   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
326   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
327   {
328       Signals.stopOnPonderhit = true;
329       wait(Signals.stop);
330   }
331
332   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
333
334   if (rootMoves[0].pv.size() > 1 || rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
335       std::cout << " ponder " << UCI::move(rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
336
337   std::cout << sync_endl;
338 }
339
340
341 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
342 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
343 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
344
345 void Thread::search(bool isMainThread) {
346
347   Stack* ss = stack + 2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
348   Value bestValue, alpha, beta, delta;
349   Move easyMove = MOVE_NONE;
350
351   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
352
353   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
354   beta = VALUE_INFINITE;
355
356   if (isMainThread)
357   {
358       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
359       EasyMove.clear();
360       BestMoveChanges = 0;
361       TT.new_search();
362   }
363
364   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
365   Skill skill(Options["Skill Level"]);
366
367   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
368   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
369   if (skill.enabled())
370       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
371
372   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
373
374   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
375   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
376   {
377       // Set up the new depth for the helper threads
378       if (!isMainThread)
379           rootDepth = Threads.main()->rootDepth + Depth(int(3 * log(1 + this->idx)));
380
381       // Age out PV variability metric
382       if (isMainThread)
383           BestMoveChanges *= 0.5;
384
385       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
386       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
387       for (RootMove& rm : rootMoves)
388           rm.previousScore = rm.score;
389
390       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
391       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
392       {
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               delta = Value(18);
397               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
398               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
403           // high/low anymore.
404           while (true)
405           {
406               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
407
408               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
409               // is done with a stable algorithm because all the values but the
410               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
411               // and we want to keep the same order for all the moves except the
412               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
413               // search the already searched PV lines are preserved.
414               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
415
416               // Write PV back to transposition table in case the relevant
417               // entries have been overwritten during the search.
418               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
419                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
420
421               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
422               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
423               // valid, although it refers to previous iteration.
424               if (Signals.stop)
425                   break;
426
427               // When failing high/low give some update (without cluttering
428               // the UI) before a re-search.
429               if (   isMainThread
430                   && multiPV == 1
431                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
432                   && Time.elapsed() > 3000)
433                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434
435               // In case of failing low/high increase aspiration window and
436               // re-search, otherwise exit the loop.
437               if (bestValue <= alpha)
438               {
439                   beta = (alpha + beta) / 2;
440                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
441
442                   if (isMainThread)
443                   {
444                       Signals.failedLowAtRoot = true;
445                       Signals.stopOnPonderhit = false;
446                   }
447               }
448               else if (bestValue >= beta)
449               {
450                   alpha = (alpha + beta) / 2;
451                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
452               }
453               else
454                   break;
455
456               delta += delta / 4 + 5;
457
458               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
459           }
460
461           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
462           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
463
464           if (!isMainThread)
465               break;
466
467           if (Signals.stop)
468               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
469                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
470
471           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!isMainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Have we found a "mate in x"?
483       if (   Limits.mate
484           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
485           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
486           Signals.stop = true;
487
488       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
489       if (Limits.use_time_management())
490       {
491           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
492           {
493               // Take some extra time if the best move has changed
494               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
495                   Time.pv_instability(BestMoveChanges);
496
497               // Stop the search if only one legal move is available or all
498               // of the available time has been used or we matched an easyMove
499               // from the previous search and just did a fast verification.
500               if (   rootMoves.size() == 1
501                   || Time.elapsed() > Time.available()
502                   || (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
503                       && BestMoveChanges < 0.03
504                       && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
505               {
506                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
507                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
508                   if (Limits.ponder)
509                       Signals.stopOnPonderhit = true;
510                   else
511                       Signals.stop = true;
512               }
513           }
514
515           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
516               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
517           else
518               EasyMove.clear();
519       }
520   }
521
522   searching = false;
523   notify_one(); // Wake up main thread if is sleeping waiting for us
524
525   if (!isMainThread)
526       return;
527
528   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
529   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
530   if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
531       EasyMove.clear();
532
533   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
534   if (skill.enabled())
535       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
536                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
537 }
538
539
540 namespace {
541
542   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
543   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
544   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
545   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
546   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
547   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
548
549   template <NodeType NT>
550   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
551
552     const bool RootNode = NT == Root;
553     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
554
555     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
556     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
557     assert(depth > DEPTH_ZERO);
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, futilityValue;
566     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
567     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
568     int moveCount, quietCount;
569
570     // Step 1. Initialize node
571     Thread* thisThread = pos.this_thread();
572     inCheck = pos.checkers();
573     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
574     bestValue = -VALUE_INFINITE;
575     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
576
577     // Used to send selDepth info to GUI
578     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
579         thisThread->maxPly = ss->ply;
580
581     if (!RootNode)
582     {
583         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
584         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
585             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) 
586                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
587
588         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
589         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
590         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
591         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
592         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
593         // mate. In this case return a fail-high score.
594         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
595         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
596         if (alpha >= beta)
597             return alpha;
598     }
599
600     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
601
602     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
603     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
604     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
605
606     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
607     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
608     // position key in case of an excluded move.
609     excludedMove = ss->excludedMove;
610     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
611     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
612     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
613     ss->ttMove = ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
614                          : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
615
616     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
617     if (  !PvNode
618         && ttHit
619         && tte->depth() >= depth
620         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
621         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
622                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
623     {
624         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
625
626         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
627         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
628             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
629
630         return ttValue;
631     }
632
633     // Step 4a. Tablebase probe
634     if (!RootNode && TB::Cardinality)
635     {
636         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
637
638         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
639             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
640             &&  pos.rule50_count() == 0)
641         {
642             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
643
644             if (found)
645             {
646                 TB::Hits++;
647
648                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
649
650                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
651                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
652                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
653
654                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
655                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
656                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
657
658                 return value;
659             }
660         }
661     }
662
663     // Step 5. Evaluate the position statically
664     if (inCheck)
665     {
666         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
667         goto moves_loop;
668     }
669
670     else if (ttHit)
671     {
672         // Never assume anything on values stored in TT
673         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
674             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
675
676         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
677         if (ttValue != VALUE_NONE)
678             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
679                 eval = ttValue;
680     }
681     else
682     {
683         eval = ss->staticEval =
684         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
685                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
686
687         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
688                   ss->staticEval, TT.generation());
689     }
690
691     if (ss->skipEarlyPruning)
692         goto moves_loop;
693
694     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
695     if (   !PvNode
696         &&  depth < 4 * ONE_PLY
697         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
698         &&  ttMove == MOVE_NONE)
699     {
700         if (   depth <= ONE_PLY
701             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
702             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
703
704         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
705         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
706         if (v <= ralpha)
707             return v;
708     }
709
710     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
711     if (   !RootNode
712         &&  depth < 7 * ONE_PLY
713         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
714         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
715         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
716         return eval - futility_margin(depth);
717
718     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
719     if (   !PvNode
720         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
721         &&  eval >= beta
722         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
723     {
724         ss->currentMove = MOVE_NULL;
725
726         assert(eval - beta >= 0);
727
728         // Null move dynamic reduction based on depth and value
729         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
730
731         pos.do_null_move(st);
732         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
733         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
734                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
735         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
736         pos.undo_null_move();
737
738         if (nullValue >= beta)
739         {
740             // Do not return unproven mate scores
741             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
742                 nullValue = beta;
743
744             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
745                 return nullValue;
746
747             // Do verification search at high depths
748             ss->skipEarlyPruning = true;
749             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
750                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
751             ss->skipEarlyPruning = false;
752
753             if (v >= beta)
754                 return nullValue;
755         }
756     }
757
758     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
759     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
760     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
761     // safely prune the previous move.
762     if (   !PvNode
763         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
764         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
765     {
766         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
767         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
768
769         assert(rdepth >= ONE_PLY);
770         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
771         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
772
773         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
774         CheckInfo ci(pos);
775
776         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
777             if (pos.legal(move, ci.pinned))
778             {
779                 ss->currentMove = move;
780                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
781                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
782                 pos.undo_move(move);
783                 if (value >= rbeta)
784                     return value;
785             }
786     }
787
788     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
789     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
790         && !ttMove
791         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
792     {
793         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
794         ss->skipEarlyPruning = true;
795         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
796         ss->skipEarlyPruning = false;
797
798         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
799         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
800     }
801
802 moves_loop: // When in check search starts from here
803
804     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
805     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
806     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
807
808     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
809     CheckInfo ci(pos);
810     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
811     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
812                || ss->staticEval == VALUE_NONE
813                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
814
815     singularExtensionNode =   !RootNode
816                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
817                            &&  ttMove != MOVE_NONE
818                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
819                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
820                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
821                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
822                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
823
824     // Step 11. Loop through moves
825     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
826     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
827     {
828       assert(is_ok(move));
829
830       if (move == excludedMove)
831           continue;
832
833       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
834       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
835       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
836       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
837                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
838           continue;
839
840       ss->moveCount = ++moveCount;
841
842       if (RootNode && thisThread == Threads.main())
843       {
844           Signals.firstRootMove = moveCount == 1;
845
846           if (Time.elapsed() > 3000)
847               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
848                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
849                         << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
850       }
851
852       if (PvNode)
853           (ss+1)->pv = nullptr;
854
855       extension = DEPTH_ZERO;
856       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
857
858       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
859                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
860                   : pos.gives_check(move, ci);
861
862       // Step 12. Extend checks
863       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
864           extension = ONE_PLY;
865
866       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
867       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
868       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
869       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
870       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
871       if (    singularExtensionNode
872           &&  move == ttMove
873           && !extension
874           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
875       {
876           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
877           ss->excludedMove = move;
878           ss->skipEarlyPruning = true;
879           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
880           ss->skipEarlyPruning = false;
881           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
882
883           if (value < rBeta)
884               extension = ONE_PLY;
885       }
886
887       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
888       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
889
890       // Step 13. Pruning at shallow depth
891       if (   !RootNode
892           && !captureOrPromotion
893           && !inCheck
894           && !givesCheck
895           && !pos.advanced_pawn_push(move)
896           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
897       {
898           // Move count based pruning
899           if (   depth < 16 * ONE_PLY
900               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
901               continue;
902
903           // History based pruning
904           if (   depth <= 3 * ONE_PLY
905               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
906               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
907               continue;
908
909           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
910
911           // Futility pruning: parent node
912           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
913           {
914               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
915
916               if (futilityValue <= alpha)
917               {
918                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
919                   continue;
920               }
921           }
922
923           // Prune moves with negative SEE at low depths
924           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
925               continue;
926       }
927
928       // Speculative prefetch as early as possible
929       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
930
931       // Check for legality just before making the move
932       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
933       {
934           ss->moveCount = --moveCount;
935           continue;
936       }
937
938       ss->currentMove = move;
939
940       // Step 14. Make the move
941       pos.do_move(move, st, givesCheck);
942
943       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
944       // re-searched at full depth.
945       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
946           &&  moveCount > 1
947           && !captureOrPromotion
948           &&  move != ss->killers[0]
949           &&  move != ss->killers[1])
950       {
951           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
952
953           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
954           if (   (!PvNode && cutNode)
955               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
956                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
957               ss->reduction += ONE_PLY;
958
959           // Decrease reduction for moves with a good history
960           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
961               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
962               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
963
964           // Decrease reduction for moves that escape a capture
965           if (   ss->reduction
966               && type_of(move) == NORMAL
967               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
968               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
969               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
970
971           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
972
973           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
974
975           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
976           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
977       }
978       else
979           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
980
981       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
982       if (doFullDepthSearch)
983           value = newDepth <   ONE_PLY ?
984                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
985                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
986                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
987
988       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
989       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
990       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
991       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
992       {
993           (ss+1)->pv = pv;
994           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
995
996           value = newDepth <   ONE_PLY ?
997                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
998                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
999                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1000       }
1001
1002       // Step 17. Undo move
1003       pos.undo_move(move);
1004
1005       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1006
1007       // Step 18. Check for new best move
1008       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1009       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1010       // updating best move, PV and TT.
1011       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1012           return VALUE_ZERO;
1013
1014       if (RootNode)
1015       {
1016           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1017                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1018
1019           // PV move or new best move ?
1020           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1021           {
1022               rm.score = value;
1023               rm.pv.resize(1);
1024
1025               assert((ss+1)->pv);
1026
1027               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1028                   rm.pv.push_back(*m);
1029
1030               // We record how often the best move has been changed in each
1031               // iteration. This information is used for time management: When
1032               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1033               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1034                   ++BestMoveChanges;
1035           }
1036           else
1037               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1038               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1039               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1040               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1041       }
1042
1043       if (value > bestValue)
1044       {
1045           bestValue = value;
1046
1047           if (value > alpha)
1048           {
1049               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1050               if (    PvNode
1051                   &&  thisThread == Threads.main()
1052                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1053                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1054                   EasyMove.clear();
1055
1056               bestMove = move;
1057
1058               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1059                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1060
1061               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1062                   alpha = value;
1063               else
1064               {
1065                   assert(value >= beta); // Fail high
1066                   break;
1067               }
1068           }
1069       }
1070
1071       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1072           quietsSearched[quietCount++] = move;
1073     }
1074
1075     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1076     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1077     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1078     /*
1079        if (Signals.stop)
1080         return VALUE_DRAW;
1081     */
1082
1083     // Step 20. Check for mate and stalemate
1084     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1085     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1086     // return a fail low score.
1087     if (!moveCount)
1088         bestValue = excludedMove ? alpha
1089                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1090
1091     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1092     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1093         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1094
1095     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1096     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1097              && !bestMove
1098              && !inCheck
1099              && !pos.captured_piece_type()
1100              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1101              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1102     {
1103         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1104         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1105         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1106         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1107     }
1108
1109     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1110               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1111               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1112               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1113
1114     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1115
1116     return bestValue;
1117   }
1118
1119
1120   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1121   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1122   // less than ONE_PLY).
1123
1124   template <NodeType NT, bool InCheck>
1125   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1126
1127     const bool PvNode = NT == PV;
1128
1129     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1130     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1131     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1132     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1133     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1134
1135     Move pv[MAX_PLY+1];
1136     StateInfo st;
1137     TTEntry* tte;
1138     Key posKey;
1139     Move ttMove, move, bestMove;
1140     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1141     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1142     Depth ttDepth;
1143
1144     if (PvNode)
1145     {
1146         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1147         (ss+1)->pv = pv;
1148         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1149     }
1150
1151     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1152     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1153
1154     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1155     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1156         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1157                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1158
1159     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1160
1161     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1162     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1163     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1164     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1165                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1166
1167     // Transposition table lookup
1168     posKey = pos.key();
1169     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1170     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1171     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1172
1173     if (  !PvNode
1174         && ttHit
1175         && tte->depth() >= ttDepth
1176         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1177         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1178                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1179     {
1180         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1181         return ttValue;
1182     }
1183
1184     // Evaluate the position statically
1185     if (InCheck)
1186     {
1187         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1188         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1189     }
1190     else
1191     {
1192         if (ttHit)
1193         {
1194             // Never assume anything on values stored in TT
1195             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1196                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1197
1198             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1199             if (ttValue != VALUE_NONE)
1200                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1201                     bestValue = ttValue;
1202         }
1203         else
1204             ss->staticEval = bestValue =
1205             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1206                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1207
1208         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1209         if (bestValue >= beta)
1210         {
1211             if (!ttHit)
1212                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1213                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1214
1215             return bestValue;
1216         }
1217
1218         if (PvNode && bestValue > alpha)
1219             alpha = bestValue;
1220
1221         futilityBase = bestValue + 128;
1222     }
1223
1224     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1225     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1226     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1227     // be generated.
1228     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1229     CheckInfo ci(pos);
1230
1231     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1232     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1233     {
1234       assert(is_ok(move));
1235
1236       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1237                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1238                   : pos.gives_check(move, ci);
1239
1240       // Futility pruning
1241       if (   !InCheck
1242           && !givesCheck
1243           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1244           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1245       {
1246           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1247
1248           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1249
1250           if (futilityValue <= alpha)
1251           {
1252               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1253               continue;
1254           }
1255
1256           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1257           {
1258               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1259               continue;
1260           }
1261       }
1262
1263       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1264       evasionPrunable =    InCheck
1265                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1266                        && !pos.capture(move);
1267
1268       // Don't search moves with negative SEE values
1269       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1270           &&  type_of(move) != PROMOTION
1271           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1272           continue;
1273
1274       // Speculative prefetch as early as possible
1275       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1276
1277       // Check for legality just before making the move
1278       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1279           continue;
1280
1281       ss->currentMove = move;
1282
1283       // Make and search the move
1284       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1285       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1286                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1287       pos.undo_move(move);
1288
1289       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1290
1291       // Check for new best move
1292       if (value > bestValue)
1293       {
1294           bestValue = value;
1295
1296           if (value > alpha)
1297           {
1298               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1299                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1300
1301               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1302               {
1303                   alpha = value;
1304                   bestMove = move;
1305               }
1306               else // Fail high
1307               {
1308                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1309                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1310
1311                   return value;
1312               }
1313           }
1314        }
1315     }
1316
1317     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1318     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1319     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1320         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1321
1322     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1323               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1324               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1325
1326     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1327
1328     return bestValue;
1329   }
1330
1331
1332   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1333   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1334   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1335
1336   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     assert(v != VALUE_NONE);
1339
1340     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1341           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1342   }
1343
1344
1345   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1346   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1347   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1348
1349   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1350
1351     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1352           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1353           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1354   }
1355
1356
1357   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1358
1359   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1360
1361     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1362         *pv++ = *childPv++;
1363     *pv = MOVE_NONE;
1364   }
1365
1366
1367   // update_stats() updates killers, history, countermove history and
1368   // countermoves stats for a quiet best move.
1369
1370   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1371                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1372
1373     if (ss->killers[0] != move)
1374     {
1375         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1376         ss->killers[0] = move;
1377     }
1378
1379     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY));
1380
1381     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1382     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1383     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1384
1385     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1386
1387     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1388     {
1389         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1390         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1391     }
1392
1393     // Decrease all the other played quiet moves
1394     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1395     {
1396         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1397
1398         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1399             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1400     }
1401
1402     // Extra penalty for TT move in previous ply when it gets refuted
1403     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1404         && !pos.captured_piece_type()
1405         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1406     {
1407         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1408         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1409         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * depth / ONE_PLY - 1);
1410     }
1411   }
1412
1413
1414   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1415   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1416
1417   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1418
1419     // PRNG sequence should be non-deterministic, so we seed it with the time at init
1420     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1421     static PRNG rng(now());
1422
1423     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1424     int variance = std::min(rootMoves[0].score - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1425     int weakness = 120 - 2 * level;
1426     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1427
1428     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1429     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1430     // then we choose the move with the resulting highest score.
1431     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1432     {
1433         // This is our magic formula
1434         int push = (  weakness * int(rootMoves[0].score - rootMoves[i].score)
1435                     + variance * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1436
1437         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1438         {
1439             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1440             best = rootMoves[i].pv[0];
1441         }
1442     }
1443     return best;
1444   }
1445
1446 } // namespace
1447
1448
1449 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1450 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1451
1452 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1453
1454   std::stringstream ss;
1455   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1456   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1457   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1458   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1459   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1460
1461   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1462   {
1463       bool updated = (i <= PVIdx);
1464
1465       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1466           continue;
1467
1468       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1469       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1470
1471       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1472       v = tb ? TB::Score : v;
1473
1474       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1475           ss << "\n";
1476
1477       ss << "info"
1478          << " depth "    << d / ONE_PLY
1479          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1480          << " multipv "  << i + 1
1481          << " score "    << UCI::value(v);
1482
1483       if (!tb && i == PVIdx)
1484           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1485
1486       ss << " nodes "    << nodes_searched
1487          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1488
1489       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1490           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1491
1492       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1493          << " time "     << elapsed
1494          << " pv";
1495
1496       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1497           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1498   }
1499
1500   return ss.str();
1501 }
1502
1503
1504 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1505 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1506 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1507
1508 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1509
1510   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1511   bool ttHit;
1512
1513   for (Move m : pv)
1514   {
1515       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1516
1517       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1518
1519       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1520           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, m, VALUE_NONE, TT.generation());
1521
1522       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1523   }
1524
1525   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1526       pos.undo_move(pv[--i]);
1527 }
1528
1529
1530 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move before
1531 /// exiting the search, for instance in case we stop the search during a fail high at
1532 /// root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI, otherwise in case of
1533 /// 'ponder on' we have nothing to think on.
1534
1535 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1536 {
1537     StateInfo st;
1538     bool ttHit;
1539
1540     assert(pv.size() == 1);
1541
1542     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1543     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1544     pos.undo_move(pv[0]);
1545
1546     if (ttHit)
1547     {
1548         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1549         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1550            return pv.push_back(m), true;
1551     }
1552
1553     return false;
1554 }
1555
1556
1557 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1558 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1559 /// available time and thus stop the search.
1560
1561 void check_time() {
1562
1563   static TimePoint lastInfoTime = now();
1564   int elapsed = Time.elapsed();
1565
1566   if (now() - lastInfoTime >= 1000)
1567   {
1568       lastInfoTime = now();
1569       dbg_print();
1570   }
1571
1572   // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1573   if (Limits.ponder)
1574       return;
1575
1576   if (Limits.use_time_management())
1577   {
1578       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1579                              && !Signals.failedLowAtRoot
1580                              &&  elapsed > Time.available() * 3 / 4;
1581
1582       if (   stillAtFirstMove
1583           || elapsed > Time.maximum() - 2 * TimerThread::Resolution)
1584           Signals.stop = true;
1585   }
1586   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1587       Signals.stop = true;
1588
1589   else if (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes)
1590           Signals.stop = true;
1591 }