]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Revert "Allowing singular extension in mate positions"
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Reductions lookup table, initialized at startup
75   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
79     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
80   }
81
82   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
83     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
84   }
85
86   // History and stats update bonus, based on depth
87   int stat_bonus(Depth depth) {
88     int d = depth / ONE_PLY;
89     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
90   }
91
92   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
93   // and to avoid 3fold-blindness.
94   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
95     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
96                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
97   }
98
99   // Skill structure is used to implement strength limit
100   struct Skill {
101     explicit Skill(int l) : level(l) {}
102     bool enabled() const { return level < 20; }
103     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
104     Move pick_best(size_t multiPV);
105
106     int level;
107     Move best = MOVE_NONE;
108   };
109
110   template <NodeType NT>
111   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
112
113   template <NodeType NT>
114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
115
116   Value value_to_tt(Value v, int ply);
117   Value value_from_tt(Value v, int ply);
118   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
119   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
120   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
121   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
122
123   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
124     Color us = pos.side_to_move();
125     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
126           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
127           : pos.gives_check(move);
128   }
129
130   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
131   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
132   template<bool Root>
133   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
134
135     StateInfo st;
136     uint64_t cnt, nodes = 0;
137     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
138
139     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
140     {
141         if (Root && depth <= ONE_PLY)
142             cnt = 1, nodes++;
143         else
144         {
145             pos.do_move(m, st);
146             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
147             nodes += cnt;
148             pos.undo_move(m);
149         }
150         if (Root)
151             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
152     }
153     return nodes;
154   }
155
156 } // namespace
157
158
159 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
160
161 void Search::init() {
162
163   for (int i = 1; i < 64; ++i)
164       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
165 }
166
167
168 /// Search::clear() resets search state to its initial value
169
170 void Search::clear() {
171
172   Threads.main()->wait_for_search_finished();
173
174   Time.availableNodes = 0;
175   TT.clear();
176   Threads.clear();
177   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
178 }
179
180
181 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
182 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
183
184 void MainThread::search() {
185
186   if (Limits.perft)
187   {
188       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
189       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
190       return;
191   }
192
193   Color us = rootPos.side_to_move();
194   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
195   TT.new_search();
196
197   if (rootMoves.empty())
198   {
199       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
200       sync_cout << "info depth 0 score "
201                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
202                 << sync_endl;
203   }
204   else
205   {
206       for (Thread* th : Threads)
207           if (th != this)
208               th->start_searching();
209
210       Thread::search(); // Let's start searching!
211   }
212
213   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
214   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
215   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
216   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
217   // until the GUI sends one of those commands.
218
219   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
220   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
221
222   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
223   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
224   Threads.stop = true;
225
226   // Wait until all threads have finished
227   for (Thread* th : Threads)
228       if (th != this)
229           th->wait_for_search_finished();
230
231   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
232   // the available ones before exiting.
233   if (Limits.npmsec)
234       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
235
236   // Check if there are threads with a better score than main thread
237   Thread* bestThread = this;
238   if (    Options["MultiPV"] == 1
239       && !Limits.depth
240       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
241       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
242   {
243       std::map<Move, int64_t> votes;
244       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
245
246       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
247       for (Thread* th: Threads)
248           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
249
250       // Vote according to score and depth
251       for (Thread* th : Threads)
252       {
253           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
254           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
255       }
256
257       // Select best thread
258       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
259       for (Thread* th : Threads)
260           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
261           {
262               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
263               bestThread = th;
264           }
265   }
266
267   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
268
269   // Send again PV info if we have a new best thread
270   if (bestThread != this)
271       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
272
273   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
274
275   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
276       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
277
278   std::cout << sync_endl;
279 }
280
281
282 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
283 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
284 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286 void Thread::search() {
287
288   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
289   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
290   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
291   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
292   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
293   Move  pv[MAX_PLY+1];
294   Value bestValue, alpha, beta, delta;
295   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
296   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
297   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
298   double timeReduction = 1.0;
299   Color us = rootPos.side_to_move();
300   bool failedLow;
301
302   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
303   for (int i = 7; i > 0; i--)
304      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
305   ss->pv = pv;
306
307   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
308   beta = VALUE_INFINITE;
309
310   if (mainThread)
311       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
312
313   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
314   Skill skill(Options["Skill Level"]);
315
316   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
317   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
318   if (skill.enabled())
319       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
320
321   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
322
323   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
324
325   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
326   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
327       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
328           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
329           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
330           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
331           : ct;
332
333   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
334   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
335                           : -make_score(ct, ct / 2));
336
337   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
338   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
339          && !Threads.stop
340          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
341   {
342       // Distribute search depths across the helper threads
343       if (idx > 0)
344       {
345           int i = (idx - 1) % 20;
346           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
347               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
348       }
349
350       // Age out PV variability metric
351       if (mainThread)
352           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
353
354       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
355       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
356       for (RootMove& rm : rootMoves)
357           rm.previousScore = rm.score;
358
359       size_t pvFirst = 0;
360       pvLast = 0;
361
362       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
363       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
364       {
365           if (pvIdx == pvLast)
366           {
367               pvFirst = pvLast;
368               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
369                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
370                       break;
371           }
372
373           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
374           selDepth = 0;
375
376           // Reset aspiration window starting size
377           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
378           {
379               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
380               delta = Value(20);
381               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
382               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
383
384               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
385               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
386
387               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
388                                       : -make_score(dct, dct / 2));
389           }
390
391           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
392           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
393           // high/low anymore.
394           int failedHighCnt = 0;
395           while (true)
396           {
397               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
398               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
399
400               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
401               // is done with a stable algorithm because all the values but the
402               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
403               // and we want to keep the same order for all the moves except the
404               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
405               // search the already searched PV lines are preserved.
406               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
407
408               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
409               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
410               // the previous iteration.
411               if (Threads.stop)
412                   break;
413
414               // When failing high/low give some update (without cluttering
415               // the UI) before a re-search.
416               if (   mainThread
417                   && multiPV == 1
418                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
419                   && Time.elapsed() > 3000)
420                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
421
422               // In case of failing low/high increase aspiration window and
423               // re-search, otherwise exit the loop.
424               if (bestValue <= alpha)
425               {
426                   beta = (alpha + beta) / 2;
427                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
428
429                   if (mainThread)
430                   {
431                       failedHighCnt = 0;
432                       failedLow = true;
433                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
434                   }
435               }
436               else if (bestValue >= beta)
437               {
438                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
439                   if (mainThread)
440                       ++failedHighCnt;
441               }
442               else
443                   break;
444
445               delta += delta / 4 + 5;
446
447               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
448           }
449
450           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
451           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
452
453           if (    mainThread
454               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
455               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
456       }
457
458       if (!Threads.stop)
459           completedDepth = rootDepth;
460
461       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
462          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
463          lastBestMoveDepth = rootDepth;
464       }
465
466       // Have we found a "mate in x"?
467       if (   Limits.mate
468           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
469           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
470           Threads.stop = true;
471
472       if (!mainThread)
473           continue;
474
475       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
476       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
477           skill.pick_best(multiPV);
478
479       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
480       if (    Limits.use_time_management()
481           && !Threads.stop
482           && !mainThread->stopOnPonderhit)
483       {
484           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
485           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
486
487           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
488           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
489
490           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
491           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
492           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
493
494           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
495           if (   rootMoves.size() == 1
496               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
497           {
498               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
499               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
500               if (mainThread->ponder)
501                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
502               else
503                   Threads.stop = true;
504           }
505       }
506   }
507
508   if (!mainThread)
509       return;
510
511   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
512
513   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
514   if (skill.enabled())
515       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
516                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
517 }
518
519
520 namespace {
521
522   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
523
524   template <NodeType NT>
525   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
526
527     constexpr bool PvNode = NT == PV;
528     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
529
530     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
531     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
532     if (   pos.rule50_count() >= 3
533         && alpha < VALUE_DRAW
534         && !rootNode
535         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
536     {
537         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541
542     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
543     if (depth < ONE_PLY)
544         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
545
546     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
547     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
548     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
549     assert(!(PvNode && cutNode));
550     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
551
552     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
553     StateInfo st;
554     TTEntry* tte;
555     Key posKey;
556     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
557     Depth extension, newDepth;
558     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
559     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
560     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
561     Piece movedPiece;
562     int moveCount, captureCount, quietCount;
563
564     // Step 1. Initialize node
565     Thread* thisThread = pos.this_thread();
566     inCheck = pos.checkers();
567     Color us = pos.side_to_move();
568     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
569     bestValue = -VALUE_INFINITE;
570     maxValue = VALUE_INFINITE;
571
572     // Check for the available remaining time
573     if (thisThread == Threads.main())
574         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
575
576     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
577     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
578         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
579
580     if (!rootNode)
581     {
582         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
583         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
584             || pos.is_draw(ss->ply)
585             || ss->ply >= MAX_PLY)
586             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
587                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
588
589         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
590         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
591         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
592         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
593         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
594         // mate. In this case return a fail-high score.
595         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
596         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
597         if (alpha >= beta)
598             return alpha;
599     }
600
601     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
602
603     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
604     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
605     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
606     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
607     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
608
609     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
610     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
611     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
612     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
613     // LMR which are based on the statScore of parent position.
614     (ss+2)->statScore = 0;
615
616     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
617     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
618     // position key in case of an excluded move.
619     excludedMove = ss->excludedMove;
620     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
621     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
622     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
623     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
624             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
625     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
626
627     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
628     if (  !PvNode
629         && ttHit
630         && tte->depth() >= depth
631         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
632         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
633                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
634     {
635         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
636         if (ttMove)
637         {
638             if (ttValue >= beta)
639             {
640                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
641                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
642
643                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
644                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
645                      && !pos.captured_piece())
646                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
647             }
648             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
649             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
650             {
651                 int penalty = -stat_bonus(depth);
652                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
653                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
654             }
655         }
656         return ttValue;
657     }
658
659     // Step 5. Tablebases probe
660     if (!rootNode && TB::Cardinality)
661     {
662         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
663
664         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
665             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
666             &&  pos.rule50_count() == 0
667             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
668         {
669             TB::ProbeState err;
670             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
671
672             // Force check of time on the next occasion
673             if (thisThread == Threads.main())
674                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
675
676             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
677             {
678                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
679
680                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
681
682                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
683                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
684                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
685
686                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
687                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
688
689                 if (    b == BOUND_EXACT
690                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
691                 {
692                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
693                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
694                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
695
696                     return value;
697                 }
698
699                 if (PvNode)
700                 {
701                     if (b == BOUND_LOWER)
702                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
703                     else
704                         maxValue = value;
705                 }
706             }
707         }
708     }
709
710     // Step 6. Static evaluation of the position
711     if (inCheck)
712     {
713         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
714         improving = false;
715         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
716     }
717     else if (ttHit)
718     {
719         // Never assume anything on values stored in TT
720         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
721         if (eval == VALUE_NONE)
722             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
723
724         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
725         if (    ttValue != VALUE_NONE
726             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
727             eval = ttValue;
728     }
729     else
730     {
731         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
732         {
733             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
734
735             pureStaticEval = evaluate(pos);
736             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
737         }
738         else
739             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
740
741         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
742     }
743
744     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
745     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
746         &&  depth < 2 * ONE_PLY
747         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
748         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
749
750     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
751                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
752
753     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
754     if (   !PvNode
755         &&  depth < 7 * ONE_PLY
756         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
757         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
758         return eval;
759
760     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
761     if (   !PvNode
762         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
763         && (ss-1)->statScore < 23200
764         &&  eval >= beta
765         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
766         && !excludedMove
767         &&  pos.non_pawn_material(us)
768         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
769     {
770         assert(eval - beta >= 0);
771
772         // Null move dynamic reduction based on depth and value
773         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
774
775         ss->currentMove = MOVE_NULL;
776         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
777
778         pos.do_null_move(st);
779
780         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
781
782         pos.undo_null_move();
783
784         if (nullValue >= beta)
785         {
786             // Do not return unproven mate scores
787             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
788                 nullValue = beta;
789
790             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
791                 return nullValue;
792
793             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
794
795             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
796             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
797             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
798             thisThread->nmpColor = us;
799
800             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
801
802             thisThread->nmpMinPly = 0;
803
804             if (v >= beta)
805                 return nullValue;
806         }
807     }
808
809     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
810     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
811     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
812     if (   !PvNode
813         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
814         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
815     {
816         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
817         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
818         int probCutCount = 0;
819
820         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
821                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
822             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
823             {
824                 probCutCount++;
825
826                 ss->currentMove = move;
827                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
828
829                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
830
831                 pos.do_move(move, st);
832
833                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
834                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
835
836                 // If the qsearch held, perform the regular search
837                 if (value >= raisedBeta)
838                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
839
840                 pos.undo_move(move);
841
842                 if (value >= raisedBeta)
843                     return value;
844             }
845     }
846
847     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
848     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
849         && !ttMove)
850     {
851         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
852
853         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
854         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
855         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
856     }
857
858 moves_loop: // When in check, search starts from here
859
860     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
861                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
862                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
863     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
864
865     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
866                                       &thisThread->captureHistory,
867                                       contHist,
868                                       countermove,
869                                       ss->killers);
870     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
871
872     moveCountPruning = false;
873     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
874
875     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
876     // or a beta cutoff occurs.
877     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
878     {
879       assert(is_ok(move));
880
881       if (move == excludedMove)
882           continue;
883
884       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
885       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
886       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
887       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
888       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
889                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
890           continue;
891
892       ss->moveCount = ++moveCount;
893
894       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
895           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
896                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
897                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
898       if (PvNode)
899           (ss+1)->pv = nullptr;
900
901       extension = DEPTH_ZERO;
902       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
903       movedPiece = pos.moved_piece(move);
904       givesCheck = gives_check(pos, move);
905
906       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
907
908       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
909       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
910       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
911       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
912       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
913       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
914           &&  move == ttMove
915           && !rootNode
916           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
917       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
918           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
919           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
920           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
921           &&  pos.legal(move))
922       {
923           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
924           ss->excludedMove = move;
925           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
926           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
927
928           if (value < singularBeta)
929               extension = ONE_PLY;
930
931           // Multi-cut pruning
932           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
933           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
934           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
935           // the hard beta bound.
936           else if (cutNode && singularBeta > beta)
937               return beta;
938       }
939
940       // Check extension (~2 Elo)
941       else if (    givesCheck
942                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
943           extension = ONE_PLY;
944
945       // Castling extension
946       else if (type_of(move) == CASTLING)
947           extension = ONE_PLY;
948
949       // Calculate new depth for this move
950       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
951
952       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
953       if (  !rootNode
954           && pos.non_pawn_material(us)
955           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
956       {
957           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
958           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving,depth / ONE_PLY);
959
960           if (   !captureOrPromotion
961               && !givesCheck
962               && !pos.advanced_pawn_push(move))
963           {
964               // Move count based pruning (~30 Elo)
965               if (moveCountPruning)
966                   continue;
967
968               // Reduced depth of the next LMR search
969               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
970
971               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
972               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
973                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
974                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
975                   continue;
976
977               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
978               if (   lmrDepth < 7
979                   && !inCheck
980                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
981                   continue;
982
983               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
984               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
985                   continue;
986           }
987           else if (   !extension // (~20 Elo)
988                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
989                   continue;
990       }
991
992       // Speculative prefetch as early as possible
993       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
994
995       // Check for legality just before making the move
996       if (!rootNode && !pos.legal(move))
997       {
998           ss->moveCount = --moveCount;
999           continue;
1000       }
1001
1002       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1003       ss->currentMove = move;
1004       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1005
1006       // Step 15. Make the move
1007       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1008
1009       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1010       // re-searched at full depth.
1011       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1012           &&  moveCount > 1
1013           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1014       {
1015           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1016
1017           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1018           if (ttPv)
1019               r -= ONE_PLY;
1020
1021           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1022           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1023               r -= ONE_PLY;
1024
1025           if (!captureOrPromotion)
1026           {
1027               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1028               if (ttCapture)
1029                   r += ONE_PLY;
1030
1031               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1032               if (cutNode)
1033                   r += 2 * ONE_PLY;
1034
1035               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1036               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1037               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1038               else if (    type_of(move) == NORMAL
1039                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1040                   r -= 2 * ONE_PLY;
1041
1042               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1043                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1044                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1045                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1046                              - 4000;
1047
1048               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1049               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1050                   r -= ONE_PLY;
1051
1052               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1053                   r += ONE_PLY;
1054
1055               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1056               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1057           }
1058
1059           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1060
1061           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1062
1063           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1064       }
1065       else
1066           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1067
1068       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1069       if (doFullDepthSearch)
1070           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1071
1072       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1073       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1074       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1075       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1076       {
1077           (ss+1)->pv = pv;
1078           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1079
1080           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1081       }
1082
1083       // Step 18. Undo move
1084       pos.undo_move(move);
1085
1086       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1087
1088       // Step 19. Check for a new best move
1089       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1090       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1091       // updating best move, PV and TT.
1092       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1093           return VALUE_ZERO;
1094
1095       if (rootNode)
1096       {
1097           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1098                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1099
1100           // PV move or new best move?
1101           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1102           {
1103               rm.score = value;
1104               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1105               rm.pv.resize(1);
1106
1107               assert((ss+1)->pv);
1108
1109               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1110                   rm.pv.push_back(*m);
1111
1112               // We record how often the best move has been changed in each
1113               // iteration. This information is used for time management: When
1114               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1115               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1116                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1117           }
1118           else
1119               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1120               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1121               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1122               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1123       }
1124
1125       if (value > bestValue)
1126       {
1127           bestValue = value;
1128
1129           if (value > alpha)
1130           {
1131               bestMove = move;
1132
1133               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1134                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1135
1136               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1137                   alpha = value;
1138               else
1139               {
1140                   assert(value >= beta); // Fail high
1141                   ss->statScore = 0;
1142                   break;
1143               }
1144           }
1145       }
1146
1147       if (move != bestMove)
1148       {
1149           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1150               capturesSearched[captureCount++] = move;
1151
1152           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1153               quietsSearched[quietCount++] = move;
1154       }
1155     }
1156
1157     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1158     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1159     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1160     /*
1161        if (Threads.stop)
1162         return VALUE_DRAW;
1163     */
1164
1165     // Step 20. Check for mate and stalemate
1166     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1167     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1168     // return a fail low score.
1169
1170     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1171
1172     if (!moveCount)
1173         bestValue = excludedMove ? alpha
1174                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1175     else if (bestMove)
1176     {
1177         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1178         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1179             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1180                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1181
1182         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1183
1184         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1185         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1186             && !pos.captured_piece())
1187                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1188
1189     }
1190     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1191     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1192              && !pos.captured_piece())
1193         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1194
1195     if (PvNode)
1196         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1197
1198     if (!excludedMove)
1199         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1200                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1201                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1202                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1203
1204     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1205
1206     return bestValue;
1207   }
1208
1209
1210   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1211   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1212   template <NodeType NT>
1213   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1214
1215     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1216
1217     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1218     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1219     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1220     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1221
1222     Move pv[MAX_PLY+1];
1223     StateInfo st;
1224     TTEntry* tte;
1225     Key posKey;
1226     Move ttMove, move, bestMove;
1227     Depth ttDepth;
1228     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1229     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1230     int moveCount;
1231
1232     if (PvNode)
1233     {
1234         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1235         (ss+1)->pv = pv;
1236         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1237     }
1238
1239     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1240     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1241     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1242     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1243     inCheck = pos.checkers();
1244     moveCount = 0;
1245
1246     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1247     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1248         || ss->ply >= MAX_PLY)
1249         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1250
1251     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1252
1253     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1254     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1255     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1256     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1257                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1258     // Transposition table lookup
1259     posKey = pos.key();
1260     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1261     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1262     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1263     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1264
1265     if (  !PvNode
1266         && ttHit
1267         && tte->depth() >= ttDepth
1268         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1269         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1270                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1271         return ttValue;
1272
1273     // Evaluate the position statically
1274     if (inCheck)
1275     {
1276         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1277         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1278     }
1279     else
1280     {
1281         if (ttHit)
1282         {
1283             // Never assume anything on values stored in TT
1284             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1285                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1286
1287             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1288             if (    ttValue != VALUE_NONE
1289                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1290                 bestValue = ttValue;
1291         }
1292         else
1293             ss->staticEval = bestValue =
1294             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1295                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1296
1297         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1298         if (bestValue >= beta)
1299         {
1300             if (!ttHit)
1301                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1302                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1303
1304             return bestValue;
1305         }
1306
1307         if (PvNode && bestValue > alpha)
1308             alpha = bestValue;
1309
1310         futilityBase = bestValue + 128;
1311     }
1312
1313     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1314                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1315                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1316
1317     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1318     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1319     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1320     // be generated.
1321     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1322                                       &thisThread->captureHistory,
1323                                       contHist,
1324                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1325
1326     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1327     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1328     {
1329       assert(is_ok(move));
1330
1331       givesCheck = gives_check(pos, move);
1332
1333       moveCount++;
1334
1335       // Futility pruning
1336       if (   !inCheck
1337           && !givesCheck
1338           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1339           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1340       {
1341           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1342
1343           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1344
1345           if (futilityValue <= alpha)
1346           {
1347               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1348               continue;
1349           }
1350
1351           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1352           {
1353               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1354               continue;
1355           }
1356       }
1357
1358       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1359       evasionPrunable =    inCheck
1360                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1361                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1362                        && !pos.capture(move);
1363
1364       // Don't search moves with negative SEE values
1365       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1366           && !pos.see_ge(move))
1367           continue;
1368
1369       // Speculative prefetch as early as possible
1370       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1371
1372       // Check for legality just before making the move
1373       if (!pos.legal(move))
1374       {
1375           moveCount--;
1376           continue;
1377       }
1378
1379       ss->currentMove = move;
1380       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1381
1382       // Make and search the move
1383       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1384       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1385       pos.undo_move(move);
1386
1387       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1388
1389       // Check for a new best move
1390       if (value > bestValue)
1391       {
1392           bestValue = value;
1393
1394           if (value > alpha)
1395           {
1396               bestMove = move;
1397
1398               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1399                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1400
1401               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1402                   alpha = value;
1403               else
1404                   break; // Fail high
1405           }
1406        }
1407     }
1408
1409     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1410     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1411     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1412         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1413
1414     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1415               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1416               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1417               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1418
1419     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1420
1421     return bestValue;
1422   }
1423
1424
1425   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1426   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1427   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1428
1429   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1430
1431     assert(v != VALUE_NONE);
1432
1433     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1434           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1435   }
1436
1437
1438   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1439   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1440   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1441
1442   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1443
1444     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1445           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1446           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1447   }
1448
1449
1450   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1451
1452   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1453
1454     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1455         *pv++ = *childPv++;
1456     *pv = MOVE_NONE;
1457   }
1458
1459
1460   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1461   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1462
1463   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1464
1465     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1466         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1467             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1468   }
1469
1470
1471   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1472
1473   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1474                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1475
1476       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1477       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1478       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1479
1480       if (pos.capture_or_promotion(move))
1481           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1482
1483       // Decrease all the other played capture moves
1484       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1485       {
1486           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1487           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1488           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1489       }
1490   }
1491
1492
1493   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1494
1495   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1496                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1497
1498     if (ss->killers[0] != move)
1499     {
1500         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1501         ss->killers[0] = move;
1502     }
1503
1504     Color us = pos.side_to_move();
1505     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1506     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1507     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1508
1509     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1510     {
1511         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1512         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1513     }
1514
1515     // Decrease all the other played quiet moves
1516     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1517     {
1518         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1519         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1520     }
1521   }
1522
1523   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1524   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1525
1526   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1527
1528     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1529     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1530
1531     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1532     Value topScore = rootMoves[0].score;
1533     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1534     int weakness = 120 - 2 * level;
1535     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1536
1537     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1538     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1539     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1540     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1541     {
1542         // This is our magic formula
1543         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1544                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1545
1546         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1547         {
1548             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1549             best = rootMoves[i].pv[0];
1550         }
1551     }
1552
1553     return best;
1554   }
1555
1556 } // namespace
1557
1558 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1559 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1560
1561 void MainThread::check_time() {
1562
1563   if (--callsCnt > 0)
1564       return;
1565
1566   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1567   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1568
1569   static TimePoint lastInfoTime = now();
1570
1571   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1572   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1573
1574   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1575   {
1576       lastInfoTime = tick;
1577       dbg_print();
1578   }
1579
1580   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1581   if (ponder)
1582       return;
1583
1584   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1585       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1586       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1587       Threads.stop = true;
1588 }
1589
1590
1591 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1592 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1593
1594 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1595
1596   std::stringstream ss;
1597   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1598   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1599   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1600   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1601   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1602   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1603
1604   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1605   {
1606       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1607
1608       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1609           continue;
1610
1611       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1612       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1613
1614       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1615       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1616
1617       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1618           ss << "\n";
1619
1620       ss << "info"
1621          << " depth "    << d / ONE_PLY
1622          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1623          << " multipv "  << i + 1
1624          << " score "    << UCI::value(v);
1625
1626       if (!tb && i == pvIdx)
1627           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1628
1629       ss << " nodes "    << nodesSearched
1630          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1631
1632       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1633           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1634
1635       ss << " tbhits "   << tbHits
1636          << " time "     << elapsed
1637          << " pv";
1638
1639       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1640           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1641   }
1642
1643   return ss.str();
1644 }
1645
1646
1647 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1648 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1649 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1650 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1651
1652 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1653
1654     StateInfo st;
1655     bool ttHit;
1656
1657     assert(pv.size() == 1);
1658
1659     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1660         return false;
1661
1662     pos.do_move(pv[0], st);
1663     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1664
1665     if (ttHit)
1666     {
1667         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1668         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1669             pv.push_back(m);
1670     }
1671
1672     pos.undo_move(pv[0]);
1673     return pv.size() > 1;
1674 }
1675
1676 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1677
1678     RootInTB = false;
1679     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1680     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1681     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1682     bool dtz_available = true;
1683
1684     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1685     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1686     if (Cardinality > MaxCardinality)
1687     {
1688         Cardinality = MaxCardinality;
1689         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1690     }
1691
1692     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1693     {
1694         // Rank moves using DTZ tables
1695         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1696
1697         if (!RootInTB)
1698         {
1699             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1700             dtz_available = false;
1701             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1702         }
1703     }
1704
1705     if (RootInTB)
1706     {
1707         // Sort moves according to TB rank
1708         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1709                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1710
1711         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1712         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1713             Cardinality = 0;
1714     }
1715     else
1716     {
1717         // Assign the same rank to all moves
1718         for (auto& m : rootMoves)
1719             m.tbRank = 0;
1720     }
1721 }