997cfd3b6a32c20ecbbb493dbb1e1cba8f87f536
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
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[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 32 * d * d + 64 * d - 64;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
101
102   template <NodeType NT>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111
112   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
113     Color us = pos.side_to_move();
114     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
115           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
116           : pos.gives_check(move);
117   }
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
153       for (int d = 1; d < 64; ++d)
154           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
155           {
156               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
157
158               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
159               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
160
161               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
162               if (!imp && r > 1.0)
163                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
164           }
165
166   for (int d = 0; d < 16; ++d)
167   {
168       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
169       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
170   }
171 }
172
173
174 /// Search::clear() resets search state to its initial value
175
176 void Search::clear() {
177
178   Threads.main()->wait_for_search_finished();
179
180   Time.availableNodes = 0;
181   TT.clear();
182   Threads.clear();
183 }
184
185
186 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
187 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
188
189 void MainThread::search() {
190
191   if (Limits.perft)
192   {
193       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
194       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
195       return;
196   }
197
198   Color us = rootPos.side_to_move();
199   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
200   TT.new_search();
201
202   if (rootMoves.empty())
203   {
204       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
205       sync_cout << "info depth 0 score "
206                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
207                 << sync_endl;
208   }
209   else
210   {
211       for (Thread* th : Threads)
212           if (th != this)
213               th->start_searching();
214
215       Thread::search(); // Let's start searching!
216   }
217
218   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
219   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
220   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
221   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
222   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
223   Threads.stopOnPonderhit = true;
224
225   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
226   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
227
228   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
229   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
230   Threads.stop = true;
231
232   // Wait until all threads have finished
233   for (Thread* th : Threads)
234       if (th != this)
235           th->wait_for_search_finished();
236
237   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
238   // the available ones before exiting.
239   if (Limits.npmsec)
240       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
241
242   // Check if there are threads with a better score than main thread
243   Thread* bestThread = this;
244   if (    Options["MultiPV"] == 1
245       && !Limits.depth
246       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
247       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
248   {
249       for (Thread* th : Threads)
250       {
251           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
252           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
253
254           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
255           if (    scoreDiff > 0
256               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
257               bestThread = th;
258       }
259   }
260
261   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
262
263   // Send again PV info if we have a new best thread
264   if (bestThread != this)
265       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
266
267   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
268
269   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
270       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
271
272   std::cout << sync_endl;
273 }
274
275
276 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
277 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
278 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
279
280 void Thread::search() {
281
282   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
283   Value bestValue, alpha, beta, delta;
284   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
285   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
286   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
287   double timeReduction = 1.0;
288   Color us = rootPos.side_to_move();
289   bool failedLow;
290
291   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
292   for (int i = 4; i > 0; i--)
293      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
294
295   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
296   beta = VALUE_INFINITE;
297
298   if (mainThread)
299       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
300
301   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
302   Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
305   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306   if (skill.enabled())
307       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
308
309   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
310
311   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
312
313   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
314   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
315       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
316           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
317           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
318           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
319           : ct;
320
321   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
322   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
323                           : -make_score(ct, ct / 2));
324
325   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
326   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
327          && !Threads.stop
328          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
329   {
330       // Distribute search depths across the helper threads
331       if (idx > 0)
332       {
333           int i = (idx - 1) % 20;
334           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
335               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
336       }
337
338       // Age out PV variability metric
339       if (mainThread)
340           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
341
342       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
343       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
344       for (RootMove& rm : rootMoves)
345           rm.previousScore = rm.score;
346
347       size_t pvFirst = 0;
348       pvLast = 0;
349
350       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
351       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
352       {
353           if (pvIdx == pvLast)
354           {
355               pvFirst = pvLast;
356               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
357                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
358                       break;
359           }
360
361           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
362           selDepth = 0;
363
364           // Reset aspiration window starting size
365           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
366           {
367               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
368               delta = Value(18);
369               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
370               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
371
372               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
373               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
374
375               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
376                                       : -make_score(dct, dct / 2));
377           }
378
379           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
380           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
381           // high/low anymore.
382           while (true)
383           {
384               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
385
386               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
387               // is done with a stable algorithm because all the values but the
388               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
389               // and we want to keep the same order for all the moves except the
390               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
391               // search the already searched PV lines are preserved.
392               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
393
394               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
395               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
396               // the previous iteration.
397               if (Threads.stop)
398                   break;
399
400               // When failing high/low give some update (without cluttering
401               // the UI) before a re-search.
402               if (   mainThread
403                   && multiPV == 1
404                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
405                   && Time.elapsed() > 3000)
406                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
407
408               // In case of failing low/high increase aspiration window and
409               // re-search, otherwise exit the loop.
410               if (bestValue <= alpha)
411               {
412                   beta = (alpha + beta) / 2;
413                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
414
415                   if (mainThread)
416                   {
417                       failedLow = true;
418                       Threads.stopOnPonderhit = false;
419                   }
420               }
421               else if (bestValue >= beta)
422                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
423               else
424                   break;
425
426               delta += delta / 4 + 5;
427
428               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
429           }
430
431           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
432           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
433
434           if (    mainThread
435               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
436               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
437       }
438
439       if (!Threads.stop)
440           completedDepth = rootDepth;
441
442       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
443          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
444          lastBestMoveDepth = rootDepth;
445       }
446
447       // Have we found a "mate in x"?
448       if (   Limits.mate
449           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
450           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
451           Threads.stop = true;
452
453       if (!mainThread)
454           continue;
455
456       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
457       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
458           skill.pick_best(multiPV);
459
460       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
461       if (    Limits.use_time_management()
462           && !Threads.stop
463           && !Threads.stopOnPonderhit)
464           {
465               const int F[] = { failedLow,
466                                 bestValue - mainThread->previousScore };
467
468               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
469
470               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
471               timeReduction = 1.0;
472               for (int i : {3, 4, 5})
473                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
474                      timeReduction *= 1.25;
475
476               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
477               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
478               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
479
480               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
481               if (   rootMoves.size() == 1
482                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
483               {
484                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
485                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
486                   if (Threads.ponder)
487                       Threads.stopOnPonderhit = true;
488                   else
489                       Threads.stop = true;
490               }
491           }
492   }
493
494   if (!mainThread)
495       return;
496
497   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
498
499   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
500   if (skill.enabled())
501       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
502                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
503 }
504
505
506 namespace {
507
508   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
509
510   template <NodeType NT>
511   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
512
513     constexpr bool PvNode = NT == PV;
514     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
515
516     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
517     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
518     if (   pos.rule50_count() >= 3
519         && alpha < VALUE_DRAW
520         && !rootNode
521         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
522     {
523         alpha = VALUE_DRAW;
524         if (alpha >= beta)
525             return alpha;
526     }
527
528     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
529     if (depth < ONE_PLY)
530         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
531
532     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
533     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
534     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
535     assert(!(PvNode && cutNode));
536     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
537
538     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
539     StateInfo st;
540     TTEntry* tte;
541     Key posKey;
542     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
543     Depth extension, newDepth;
544     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
545     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
546     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
547     Piece movedPiece;
548     int moveCount, captureCount, quietCount;
549
550     // Step 1. Initialize node
551     Thread* thisThread = pos.this_thread();
552     inCheck = pos.checkers();
553     Color us = pos.side_to_move();
554     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
555     bestValue = -VALUE_INFINITE;
556     maxValue = VALUE_INFINITE;
557
558     // Check for the available remaining time
559     if (thisThread == Threads.main())
560         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
561
562     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
563     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
564         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
565
566     if (!rootNode)
567     {
568         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
569         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
570             || pos.is_draw(ss->ply)
571             || ss->ply >= MAX_PLY)
572             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
573
574         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
575         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
576         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
577         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
578         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
579         // mate. In this case return a fail-high score.
580         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
581         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
582         if (alpha >= beta)
583             return alpha;
584     }
585
586     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
587
588     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
589     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
590     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
591     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
592     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
593
594     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
595     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
596     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
597     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
598     // LMR which are based on the statScore of parent position.
599     (ss+2)->statScore = 0;
600
601     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
602     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
603     // position key in case of an excluded move.
604     excludedMove = ss->excludedMove;
605     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
606     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
607     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
608     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
609             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
610
611     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
612     if (  !PvNode
613         && ttHit
614         && tte->depth() >= depth
615         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
616         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
617                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
618     {
619         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
620         if (ttMove)
621         {
622             if (ttValue >= beta)
623             {
624                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
625                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
626
627                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
628                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
629                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
630             }
631             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
632             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633             {
634                 int penalty = -stat_bonus(depth);
635                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
636                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
637             }
638         }
639         return ttValue;
640     }
641
642     // Step 5. Tablebases probe
643     if (!rootNode && TB::Cardinality)
644     {
645         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
646
647         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
648             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
649             &&  pos.rule50_count() == 0
650             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
651         {
652             TB::ProbeState err;
653             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
654
655             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
656             {
657                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
658
659                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
660
661                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
662                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
663                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
664
665                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
666                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
667
668                 if (    b == BOUND_EXACT
669                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
670                 {
671                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
672                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
673                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
674
675                     return value;
676                 }
677
678                 if (PvNode)
679                 {
680                     if (b == BOUND_LOWER)
681                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
682                     else
683                         maxValue = value;
684                 }
685             }
686         }
687     }
688
689     // Step 6. Static evaluation of the position
690     if (inCheck)
691     {
692         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
693         improving = false;
694         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
695     }
696     else if (ttHit)
697     {
698         // Never assume anything on values stored in TT
699         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
700             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
701
702         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
703         if (    ttValue != VALUE_NONE
704             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
705             eval = ttValue;
706     }
707     else
708     {
709         ss->staticEval = eval =
710         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
711                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
712
713         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
714                   ss->staticEval, TT.generation());
715     }
716
717     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
718     if (  !PvNode
719         && depth < 3 * ONE_PLY
720         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
721     {
722         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
723         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
724         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
725             return v;
726     }
727
728     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
729                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
730
731     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
732     if (   !rootNode
733         &&  depth < 7 * ONE_PLY
734         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
735         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
736         return eval;
737
738     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
739     if (   !PvNode
740         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
741         && (ss-1)->statScore < 22500
742         &&  eval >= beta
743         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
744         && !excludedMove
745         &&  pos.non_pawn_material(us)
746         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
747     {
748         assert(eval - beta >= 0);
749
750         // Null move dynamic reduction based on depth and value
751         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
752
753         ss->currentMove = MOVE_NULL;
754         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
755
756         pos.do_null_move(st);
757
758         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
759
760         pos.undo_null_move();
761
762         if (nullValue >= beta)
763         {
764             // Do not return unproven mate scores
765             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
766                 nullValue = beta;
767
768             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
769                 return nullValue;
770
771             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
772
773             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
774             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
775             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
776             thisThread->nmpColor = us;
777
778             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
779
780             thisThread->nmpMinPly = 0;
781
782             if (v >= beta)
783                 return nullValue;
784         }
785     }
786
787     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
788     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
789     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
790     if (   !PvNode
791         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
792         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
793     {
794         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
795         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
796         int probCutCount = 0;
797
798         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
799                && probCutCount < 3)
800             if (pos.legal(move))
801             {
802                 probCutCount++;
803
804                 ss->currentMove = move;
805                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
806
807                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
808
809                 pos.do_move(move, st);
810
811                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
812                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
813
814                 // If the qsearch held perform the regular search
815                 if (value >= rbeta)
816                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
817
818                 pos.undo_move(move);
819
820                 if (value >= rbeta)
821                     return value;
822             }
823     }
824
825     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
826     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
827         && !ttMove)
828     {
829         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
830
831         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
832         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
833         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
834     }
835
836 moves_loop: // When in check, search starts from here
837
838     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
839     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
840
841     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
842                                       &thisThread->captureHistory,
843                                       contHist,
844                                       countermove,
845                                       ss->killers);
846     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
847
848     skipQuiets = false;
849     ttCapture = false;
850     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
851
852     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
853     // or a beta cutoff occurs.
854     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
855     {
856       assert(is_ok(move));
857
858       if (move == excludedMove)
859           continue;
860
861       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
862       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
863       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
864       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
865       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
866                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
867           continue;
868
869       ss->moveCount = ++moveCount;
870
871       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
872           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
873                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
874                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
875       if (PvNode)
876           (ss+1)->pv = nullptr;
877
878       extension = DEPTH_ZERO;
879       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
880       movedPiece = pos.moved_piece(move);
881       givesCheck = gives_check(pos, move);
882
883       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
884                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
885
886       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
887
888       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
889       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
890       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
891       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
892       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
893       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
894           &&  move == ttMove
895           && !rootNode
896           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
897           &&  ttValue != VALUE_NONE
898           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
899           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
900           &&  pos.legal(move))
901       {
902           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
903           ss->excludedMove = move;
904           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
905           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
906
907           if (value < rBeta)
908               extension = ONE_PLY;
909       }
910       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
911                && !moveCountPruning
912                &&  pos.see_ge(move))
913           extension = ONE_PLY;
914
915       // Calculate new depth for this move
916       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
917
918       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
919       if (  !rootNode
920           && pos.non_pawn_material(us)
921           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
922       {
923           if (   !captureOrPromotion
924               && !givesCheck
925               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
926           {
927               // Move count based pruning (~30 Elo)
928               if (moveCountPruning)
929               {
930                   skipQuiets = true;
931                   continue;
932               }
933
934               // Reduced depth of the next LMR search
935               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
936
937               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
938               if (   lmrDepth < 3
939                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
940                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
941                   continue;
942
943               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
944               if (   lmrDepth < 7
945                   && !inCheck
946                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
947                   continue;
948
949               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
950               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
951                   continue;
952           }
953           else if (   !extension // (~20 Elo)
954                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
955                   continue;
956       }
957
958       // Speculative prefetch as early as possible
959       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
960
961       // Check for legality just before making the move
962       if (!rootNode && !pos.legal(move))
963       {
964           ss->moveCount = --moveCount;
965           continue;
966       }
967
968       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
969           ttCapture = true;
970
971       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
972       ss->currentMove = move;
973       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
974
975       // Step 15. Make the move
976       pos.do_move(move, st, givesCheck);
977
978       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
979       // re-searched at full depth.
980       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
981           &&  moveCount > 1
982           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
983       {
984           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
985
986           if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
987           {
988               // Increase reduction by comparing opponent's stat score
989               if ((ss-1)->statScore >= 0)
990                   r += ONE_PLY;
991
992               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
993           }
994           else
995           {
996               // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
997               if ((ss-1)->moveCount > 15)
998                   r -= ONE_PLY;
999
1000               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1001               if (pvExact)
1002                   r -= ONE_PLY;
1003
1004               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1005               if (ttCapture)
1006                   r += ONE_PLY;
1007
1008               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1009               if (cutNode)
1010                   r += 2 * ONE_PLY;
1011
1012               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1013               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1014               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1015               else if (    type_of(move) == NORMAL
1016                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1017                   r -= 2 * ONE_PLY;
1018
1019               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1020                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1021                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1022                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1023                              - 4000;
1024
1025               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1026               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1027                   r -= ONE_PLY;
1028
1029               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1030                   r += ONE_PLY;
1031
1032               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1033               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1034           }
1035
1036           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1037
1038           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1039
1040           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1041       }
1042       else
1043           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1044
1045       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1046       if (doFullDepthSearch)
1047           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1048
1049       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1050       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1051       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1052       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1053       {
1054           (ss+1)->pv = pv;
1055           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1056
1057           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1058       }
1059
1060       // Step 18. Undo move
1061       pos.undo_move(move);
1062
1063       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1064
1065       // Step 19. Check for a new best move
1066       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1067       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1068       // updating best move, PV and TT.
1069       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1070           return VALUE_ZERO;
1071
1072       if (rootNode)
1073       {
1074           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1075                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1076
1077           // PV move or new best move?
1078           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1079           {
1080               rm.score = value;
1081               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1082               rm.pv.resize(1);
1083
1084               assert((ss+1)->pv);
1085
1086               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1087                   rm.pv.push_back(*m);
1088
1089               // We record how often the best move has been changed in each
1090               // iteration. This information is used for time management: When
1091               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1092               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1093                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1094           }
1095           else
1096               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1097               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1098               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1099               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1100       }
1101
1102       if (value > bestValue)
1103       {
1104           bestValue = value;
1105
1106           if (value > alpha)
1107           {
1108               bestMove = move;
1109
1110               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1111                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1112
1113               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1114                   alpha = value;
1115               else
1116               {
1117                   assert(value >= beta); // Fail high
1118                   ss->statScore = 0;
1119                   break;
1120               }
1121           }
1122       }
1123
1124       if (move != bestMove)
1125       {
1126           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1127               capturesSearched[captureCount++] = move;
1128
1129           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1130               quietsSearched[quietCount++] = move;
1131       }
1132     }
1133
1134     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1135     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1136     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1137     /*
1138        if (Threads.stop)
1139         return VALUE_DRAW;
1140     */
1141
1142     // Step 20. Check for mate and stalemate
1143     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1144     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1145     // return a fail low score.
1146
1147     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1148
1149     if (!moveCount)
1150         bestValue = excludedMove ? alpha
1151                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1152     else if (bestMove)
1153     {
1154         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1155         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1156             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1157                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1158         else
1159             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1160
1161         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1162         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1163             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1164     }
1165     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1166     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1167              && !pos.captured_piece()
1168              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1169         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1170
1171     if (PvNode)
1172         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1173
1174     if (!excludedMove)
1175         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1176                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1177                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1178                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1179
1180     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1181
1182     return bestValue;
1183   }
1184
1185
1186   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1187   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1188   template <NodeType NT>
1189   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1190
1191     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1192
1193     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1194     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1195     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1196     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1197
1198     Move pv[MAX_PLY+1];
1199     StateInfo st;
1200     TTEntry* tte;
1201     Key posKey;
1202     Move ttMove, move, bestMove;
1203     Depth ttDepth;
1204     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1205     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1206     int moveCount;
1207
1208     if (PvNode)
1209     {
1210         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1211         (ss+1)->pv = pv;
1212         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1213     }
1214
1215     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1216     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1217     inCheck = pos.checkers();
1218     moveCount = 0;
1219
1220     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1221     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1222         || ss->ply >= MAX_PLY)
1223         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1224
1225     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1226
1227     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1228     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1229     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1230     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1231                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1232     // Transposition table lookup
1233     posKey = pos.key();
1234     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1235     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1236     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1237
1238     if (  !PvNode
1239         && ttHit
1240         && tte->depth() >= ttDepth
1241         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1242         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1243                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1244         return ttValue;
1245
1246     // Evaluate the position statically
1247     if (inCheck)
1248     {
1249         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1250         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1251     }
1252     else
1253     {
1254         if (ttHit)
1255         {
1256             // Never assume anything on values stored in TT
1257             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1258                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1259
1260             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1261             if (   ttValue != VALUE_NONE
1262                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1263                 bestValue = ttValue;
1264         }
1265         else
1266             ss->staticEval = bestValue =
1267             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1268                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1269
1270         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1271         if (bestValue >= beta)
1272         {
1273             if (!ttHit)
1274                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1275                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1276
1277             return bestValue;
1278         }
1279
1280         if (PvNode && bestValue > alpha)
1281             alpha = bestValue;
1282
1283         futilityBase = bestValue + 128;
1284     }
1285
1286     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1287     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1288     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1289     // be generated.
1290     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory,
1291                                       &pos.this_thread()->captureHistory,
1292                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1293
1294     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1295     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1296     {
1297       assert(is_ok(move));
1298
1299       givesCheck = gives_check(pos, move);
1300
1301       moveCount++;
1302
1303       // Futility pruning
1304       if (   !inCheck
1305           && !givesCheck
1306           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1307           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1308       {
1309           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1310
1311           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1312
1313           if (futilityValue <= alpha)
1314           {
1315               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1316               continue;
1317           }
1318
1319           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1320           {
1321               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1322               continue;
1323           }
1324       }
1325
1326       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1327       evasionPrunable =    inCheck
1328                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1329                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1330                        && !pos.capture(move);
1331
1332       // Don't search moves with negative SEE values
1333       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1334           && !pos.see_ge(move))
1335           continue;
1336
1337       // Speculative prefetch as early as possible
1338       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1339
1340       // Check for legality just before making the move
1341       if (!pos.legal(move))
1342       {
1343           moveCount--;
1344           continue;
1345       }
1346
1347       ss->currentMove = move;
1348
1349       // Make and search the move
1350       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1351       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1352       pos.undo_move(move);
1353
1354       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1355
1356       // Check for a new best move
1357       if (value > bestValue)
1358       {
1359           bestValue = value;
1360
1361           if (value > alpha)
1362           {
1363               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1364                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1365
1366               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1367               {
1368                   alpha = value;
1369                   bestMove = move;
1370               }
1371               else // Fail high
1372               {
1373                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1374                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1375
1376                   return value;
1377               }
1378           }
1379        }
1380     }
1381
1382     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1383     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1384     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1385         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1386
1387     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1388               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1389               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1390
1391     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1392
1393     return bestValue;
1394   }
1395
1396
1397   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1398   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1399   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1400
1401   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1402
1403     assert(v != VALUE_NONE);
1404
1405     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1406           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1407   }
1408
1409
1410   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1411   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1412   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1413
1414   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1415
1416     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1417           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1418           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1419   }
1420
1421
1422   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1423
1424   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1425
1426     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1427         *pv++ = *childPv++;
1428     *pv = MOVE_NONE;
1429   }
1430
1431
1432   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1433   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1434
1435   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1436
1437     for (int i : {1, 2, 4})
1438         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1439             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1440   }
1441
1442
1443   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1444
1445   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1446                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1447
1448       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1449       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1450       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1451       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1452
1453       // Decrease all the other played capture moves
1454       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1455       {
1456           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1457           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1458           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1459       }
1460   }
1461
1462
1463   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1464
1465   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1466                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1467
1468     if (ss->killers[0] != move)
1469     {
1470         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1471         ss->killers[0] = move;
1472     }
1473
1474     Color us = pos.side_to_move();
1475     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1476     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1477     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1478
1479     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1480     {
1481         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1482         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1483     }
1484
1485     // Decrease all the other played quiet moves
1486     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1487     {
1488         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1489         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1490     }
1491   }
1492
1493   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1494   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1495
1496   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1497
1498     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1499     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1500
1501     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1502     Value topScore = rootMoves[0].score;
1503     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1504     int weakness = 120 - 2 * level;
1505     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1506
1507     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1508     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1509     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1510     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1511     {
1512         // This is our magic formula
1513         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1514                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1515
1516         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1517         {
1518             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1519             best = rootMoves[i].pv[0];
1520         }
1521     }
1522
1523     return best;
1524   }
1525
1526 } // namespace
1527
1528 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1529 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1530
1531 void MainThread::check_time() {
1532
1533   if (--callsCnt > 0)
1534       return;
1535
1536   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1537   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1538
1539   static TimePoint lastInfoTime = now();
1540
1541   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1542   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1543
1544   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1545   {
1546       lastInfoTime = tick;
1547       dbg_print();
1548   }
1549
1550   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1551   if (Threads.ponder)
1552       return;
1553
1554   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1555       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1556       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1557       Threads.stop = true;
1558 }
1559
1560
1561 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1562 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1563
1564 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1565
1566   std::stringstream ss;
1567   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1568   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1569   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1570   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1571   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1572   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1573
1574   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1575   {
1576       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1577
1578       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1579           continue;
1580
1581       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1582       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1583
1584       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1585       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1586
1587       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1588           ss << "\n";
1589
1590       ss << "info"
1591          << " depth "    << d / ONE_PLY
1592          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1593          << " multipv "  << i + 1
1594          << " score "    << UCI::value(v);
1595
1596       if (!tb && i == pvIdx)
1597           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1598
1599       ss << " nodes "    << nodesSearched
1600          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1601
1602       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1603           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1604
1605       ss << " tbhits "   << tbHits
1606          << " time "     << elapsed
1607          << " pv";
1608
1609       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1610           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1611   }
1612
1613   return ss.str();
1614 }
1615
1616
1617 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1618 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1619 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1620 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1621
1622 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1623
1624     StateInfo st;
1625     bool ttHit;
1626
1627     assert(pv.size() == 1);
1628
1629     if (!pv[0])
1630         return false;
1631
1632     pos.do_move(pv[0], st);
1633     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1634
1635     if (ttHit)
1636     {
1637         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1638         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1639             pv.push_back(m);
1640     }
1641
1642     pos.undo_move(pv[0]);
1643     return pv.size() > 1;
1644 }
1645
1646 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1647
1648     RootInTB = false;
1649     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1650     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1651     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1652     bool dtz_available = true;
1653
1654     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1655     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1656     if (Cardinality > MaxCardinality)
1657     {
1658         Cardinality = MaxCardinality;
1659         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1660     }
1661
1662     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1663     {
1664         // Rank moves using DTZ tables
1665         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1666
1667         if (!RootInTB)
1668         {
1669             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1670             dtz_available = false;
1671             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1672         }
1673     }
1674
1675     if (RootInTB)
1676     {
1677         // Sort moves according to TB rank
1678         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1679                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1680
1681         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1682         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1683             Cardinality = 0;
1684     }
1685     else
1686     {
1687         // Assign the same rank to all moves
1688         for (auto& m : rootMoves)
1689             m.tbRank = 0;
1690     }
1691 }