]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
adb6a22a846de879a9627fb26e8549ff4c4e0c83
[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 "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   const int RazorMargin1 = 590;
71   const int RazorMargin2 = 604;
72   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
73     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
74   }
75
76   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
77   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
78   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
82   }
83
84   // History and stats update bonus, based on depth
85   int stat_bonus(Depth depth) {
86     int d = depth / ONE_PLY;
87     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
88   }
89
90   // Skill structure is used to implement strength limit
91   struct Skill {
92     explicit Skill(int l) : level(l) {}
93     bool enabled() const { return level < 20; }
94     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
95     Move pick_best(size_t multiPV);
96
97     int level;
98     Move best = MOVE_NONE;
99   };
100
101   template <NodeType NT>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
103
104   template <NodeType NT>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
106
107   Value value_to_tt(Value v, int ply);
108   Value value_from_tt(Value v, int ply);
109   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
110   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
111   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
112   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
113
114   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
115     Color us = pos.side_to_move();
116     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
117           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
118           : pos.gives_check(move);
119   }
120
121   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
122   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
123   template<bool Root>
124   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
125
126     StateInfo st;
127     uint64_t cnt, nodes = 0;
128     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
129
130     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
131     {
132         if (Root && depth <= ONE_PLY)
133             cnt = 1, nodes++;
134         else
135         {
136             pos.do_move(m, st);
137             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
138             nodes += cnt;
139             pos.undo_move(m);
140         }
141         if (Root)
142             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
143     }
144     return nodes;
145   }
146
147 } // namespace
148
149
150 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
151
152 void Search::init() {
153
154   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
155       for (int d = 1; d < 64; ++d)
156           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
157           {
158               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
159
160               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
161               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
162
163               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
164               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
165                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
166           }
167
168   for (int d = 0; d < 16; ++d)
169   {
170       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
171       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
172   }
173 }
174
175
176 /// Search::clear() resets search state to its initial value
177
178 void Search::clear() {
179
180   Threads.main()->wait_for_search_finished();
181
182   Time.availableNodes = 0;
183   TT.clear();
184   Threads.clear();
185 }
186
187
188 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
189 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
190
191 void MainThread::search() {
192
193   if (Limits.perft)
194   {
195       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
196       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
197       return;
198   }
199
200   Color us = rootPos.side_to_move();
201   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
202   TT.new_search();
203
204   if (rootMoves.empty())
205   {
206       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
207       sync_cout << "info depth 0 score "
208                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
209                 << sync_endl;
210   }
211   else
212   {
213       for (Thread* th : Threads)
214           if (th != this)
215               th->start_searching();
216
217       Thread::search(); // Let's start searching!
218   }
219
220   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
221   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
222   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
223   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
224   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
225   Threads.stopOnPonderhit = true;
226
227   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
228   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
229
230   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
231   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
232   Threads.stop = true;
233
234   // Wait until all threads have finished
235   for (Thread* th : Threads)
236       if (th != this)
237           th->wait_for_search_finished();
238
239   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
240   // the available ones before exiting.
241   if (Limits.npmsec)
242       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
243
244   // Check if there are threads with a better score than main thread
245   Thread* bestThread = this;
246   if (    Options["MultiPV"] == 1
247       && !Limits.depth
248       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
249       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
250   {
251       for (Thread* th : Threads)
252       {
253           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
254           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
255
256           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
257           if (    scoreDiff > 0
258               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
259               bestThread = th;
260       }
261   }
262
263   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
264
265   // Send again PV info if we have a new best thread
266   if (bestThread != this)
267       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
268
269   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
270
271   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
272       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
273
274   std::cout << sync_endl;
275 }
276
277
278 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
279 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
280 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
281
282 void Thread::search() {
283
284   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
285   Value bestValue, alpha, beta, delta;
286   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
287   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
288   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
289   double timeReduction = 1.0;
290   Color us = rootPos.side_to_move();
291
292   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 4; i > 0; i--)
294      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
295
296   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
297   beta = VALUE_INFINITE;
298
299   if (mainThread)
300       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
301
302   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
303   Skill skill(Options["Skill Level"]);
304
305   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
306   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
307   if (skill.enabled())
308       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
309
310   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
311
312   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
313   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
314                                 : -make_score(ct, ct / 2));
315
316   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
317   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
318          && !Threads.stop
319          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
320   {
321       // Distribute search depths across the helper threads
322       if (idx > 0)
323       {
324           int i = (idx - 1) % 20;
325           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
326               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
327       }
328
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
339       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
340       {
341           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
342           selDepth = 0;
343
344           // Reset aspiration window starting size
345           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
346           {
347               delta = Value(18);
348               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
349               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
350
351               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
352
353               // Adjust contempt based on current bestValue (dynamic contempt)
354               ct += int(std::round(48 * atan(float(bestValue) / 128)));
355
356               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
357                                             : -make_score(ct, ct / 2));
358           }
359
360           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
361           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
362           // high/low anymore.
363           while (true)
364           {
365               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
366
367               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
368               // is done with a stable algorithm because all the values but the
369               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
370               // and we want to keep the same order for all the moves except the
371               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
372               // search the already searched PV lines are preserved.
373               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
374
375               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
376               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
377               // the previous iteration.
378               if (Threads.stop)
379                   break;
380
381               // When failing high/low give some update (without cluttering
382               // the UI) before a re-search.
383               if (   mainThread
384                   && multiPV == 1
385                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
386                   && Time.elapsed() > 3000)
387                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
388
389               // In case of failing low/high increase aspiration window and
390               // re-search, otherwise exit the loop.
391               if (bestValue <= alpha)
392               {
393                   beta = (alpha + beta) / 2;
394                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
395
396                   if (mainThread)
397                   {
398                       mainThread->failedLow = true;
399                       Threads.stopOnPonderhit = false;
400                   }
401               }
402               else if (bestValue >= beta)
403                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
404               else
405                   break;
406
407               delta += delta / 4 + 5;
408
409               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
410           }
411
412           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
413           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
414
415           if (    mainThread
416               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
417               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
418       }
419
420       if (!Threads.stop)
421           completedDepth = rootDepth;
422
423       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
424          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
425          lastBestMoveDepth = rootDepth;
426       }
427
428       // Have we found a "mate in x"?
429       if (   Limits.mate
430           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
431           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
432           Threads.stop = true;
433
434       if (!mainThread)
435           continue;
436
437       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
438       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
439           skill.pick_best(multiPV);
440
441       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
442       if (    Limits.use_time_management()
443           && !Threads.stop
444           && !Threads.stopOnPonderhit)
445           {
446               const int F[] = { mainThread->failedLow,
447                                 bestValue - mainThread->previousScore };
448
449               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
450
451               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
452               timeReduction = 1.0;
453               for (int i : {3, 4, 5})
454                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
455                      timeReduction *= 1.25;
456
457               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
458               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
459               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
460
461               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
462               if (   rootMoves.size() == 1
463                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 581)
464               {
465                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
466                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
467                   if (Threads.ponder)
468                       Threads.stopOnPonderhit = true;
469                   else
470                       Threads.stop = true;
471               }
472           }
473   }
474
475   if (!mainThread)
476       return;
477
478   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
479
480   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
481   if (skill.enabled())
482       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
483                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
484 }
485
486
487 namespace {
488
489   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
490
491   template <NodeType NT>
492   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
493
494     const bool PvNode = NT == PV;
495     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
496
497     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
498     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
499     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
500     assert(!(PvNode && cutNode));
501     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
502
503     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
504     StateInfo st;
505     TTEntry* tte;
506     Key posKey;
507     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
508     Depth extension, newDepth;
509     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
510     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
511     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
512     Piece movedPiece;
513     int moveCount, captureCount, quietCount;
514
515     // Step 1. Initialize node
516     Thread* thisThread = pos.this_thread();
517     inCheck = pos.checkers();
518     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
519     bestValue = -VALUE_INFINITE;
520     maxValue = VALUE_INFINITE;
521
522     // Check for the available remaining time
523     if (thisThread == Threads.main())
524         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
525
526     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
527     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
528         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
529
530     if (!rootNode)
531     {
532         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
533         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
534             || pos.is_draw(ss->ply)
535             || ss->ply >= MAX_PLY)
536             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
537
538         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
539         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
540         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
541         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
542         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
543         // mate. In this case return a fail-high score.
544         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
545         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
551
552     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
553     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
554     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
555     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
556     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
557
558     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
559     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
560     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
561     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
562     // LMR which are based on the statScore of parent position.
563     (ss+2)->statScore = 0;
564
565     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
566     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
567     // position key in case of an excluded move.
568     excludedMove = ss->excludedMove;
569     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
570     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
571     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
572     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
573             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
574
575     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
576     if (  !PvNode
577         && ttHit
578         && tte->depth() >= depth
579         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
580         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
581                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
582     {
583         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
584         if (ttMove)
585         {
586             if (ttValue >= beta)
587             {
588                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
589                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
590
591                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
592                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
593                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
594             }
595             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
596             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
597             {
598                 int penalty = -stat_bonus(depth);
599                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
600                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
601             }
602         }
603         return ttValue;
604     }
605
606     // Step 5. Tablebases probe
607     if (!rootNode && TB::Cardinality)
608     {
609         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
610
611         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
612             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
613             &&  pos.rule50_count() == 0
614             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
615         {
616             TB::ProbeState err;
617             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
618
619             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
620             {
621                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
622
623                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
624
625                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
626                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
627                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
628
629                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
630                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
631
632                 if (    b == BOUND_EXACT
633                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
634                 {
635                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
636                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
637                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
638
639                     return value;
640                 }
641
642                 if (PvNode)
643                 {
644                     if (b == BOUND_LOWER)
645                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
646                     else
647                         maxValue = value;
648                 }
649             }
650         }
651     }
652
653     // Step 6. Evaluate the position statically
654     if (inCheck)
655     {
656         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
657         improving = true;
658         goto moves_loop;
659     }
660     else if (ttHit)
661     {
662         // Never assume anything on values stored in TT
663         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
664             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
665
666         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
667         if (    ttValue != VALUE_NONE
668             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
669             eval = ttValue;
670     }
671     else
672     {
673         ss->staticEval = eval =
674         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
675                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
676
677         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
678                   ss->staticEval, TT.generation());
679     }
680
681     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
682                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
683
684     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
685         goto moves_loop;
686
687     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
688     if (  !PvNode
689         && depth <= 2 * ONE_PLY)
690     {
691         if (   depth == ONE_PLY
692             && eval + RazorMargin1 <= alpha)
693             return qsearch<NonPV>(pos, ss, alpha, alpha+1);
694
695         else if (eval + RazorMargin2 <= alpha)
696         {
697             Value ralpha = alpha - RazorMargin2;
698             Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
699
700             if (v <= ralpha)
701                 return v;
702         }
703     }
704
705     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
706     if (   !rootNode
707         &&  depth < 7 * ONE_PLY
708         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
709         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
710         return eval;
711
712     // Step 9. Null move search with verification search
713     if (   !PvNode
714         &&  eval >= beta
715         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
716         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
717     {
718         assert(eval - beta >= 0);
719
720         // Null move dynamic reduction based on depth and value
721         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
722
723         ss->currentMove = MOVE_NULL;
724         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
725
726         pos.do_null_move(st);
727         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
728                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
729         pos.undo_null_move();
730
731         if (nullValue >= beta)
732         {
733             // Do not return unproven mate scores
734             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
735                 nullValue = beta;
736
737             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
738                 return nullValue;
739
740             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
741             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
742             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
743             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
744
745             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta)
746                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
747
748             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
749
750             if (v >= beta)
751                 return nullValue;
752         }
753     }
754
755     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
756     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
757     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
758     if (   !PvNode
759         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
760         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
761     {
762         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
763
764         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
765         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
766         int probCutCount = 0;
767
768         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
769                && probCutCount < depth / ONE_PLY - 3)
770             if (pos.legal(move))
771             {
772                 probCutCount++;
773
774                 ss->currentMove = move;
775                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
776
777                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
778
779                 pos.do_move(move, st);
780
781                 // Perform a preliminary search at depth 1 to verify that the move holds.
782                 // We will only do this search if the depth is not 5, thus avoiding two
783                 // searches at depth 1 in a row.
784                 if (depth != 5 * ONE_PLY)
785                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, ONE_PLY, !cutNode, true);
786
787                 // If the first search was skipped or was performed and held, perform
788                 // the regular search.
789                 if (depth == 5 * ONE_PLY || value >= rbeta)
790                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
791
792                 pos.undo_move(move);
793
794                 if (value >= rbeta)
795                     return value;
796             }
797     }
798
799     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
800     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
801         && !ttMove
802         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
803     {
804         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
805         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
806
807         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
808         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
809         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
810     }
811
812 moves_loop: // When in check, search starts from here
813
814     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
815     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
816
817     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
818     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
819
820     singularExtensionNode =   !rootNode
821                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
822                            &&  ttMove != MOVE_NONE
823                            &&  ttValue != VALUE_NONE
824                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
825                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
826                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
827     skipQuiets = false;
828     ttCapture = false;
829     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
830
831     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
832     // or a beta cutoff occurs.
833     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
834     {
835       assert(is_ok(move));
836
837       if (move == excludedMove)
838           continue;
839
840       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
841       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
842       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
843       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
844                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
845           continue;
846
847       ss->moveCount = ++moveCount;
848
849       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
850           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
851                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
852                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
853       if (PvNode)
854           (ss+1)->pv = nullptr;
855
856       extension = DEPTH_ZERO;
857       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
858       movedPiece = pos.moved_piece(move);
859       givesCheck = gives_check(pos, move);
860
861       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
862                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
863
864       // Step 13. Extensions
865
866       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
867       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
868       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
869       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
870       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
871       if (    singularExtensionNode
872           &&  move == ttMove
873           &&  pos.legal(move))
874       {
875           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
876           ss->excludedMove = move;
877           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
878           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
879
880           if (value < rBeta)
881               extension = ONE_PLY;
882       }
883       else if (    givesCheck // Check extension
884                && !moveCountPruning
885                &&  pos.see_ge(move))
886           extension = ONE_PLY;
887
888       // Calculate new depth for this move
889       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
890
891       // Step 14. Pruning at shallow depth
892       if (  !rootNode
893           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
894           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
895       {
896           if (   !captureOrPromotion
897               && !givesCheck
898               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
899           {
900               // Move count based pruning
901               if (moveCountPruning)
902               {
903                   skipQuiets = true;
904                   continue;
905               }
906
907               // Reduced depth of the next LMR search
908               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
909
910               // Countermoves based pruning
911               if (   lmrDepth < 3
912                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
913                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
914                   continue;
915
916               // Futility pruning: parent node
917               if (   lmrDepth < 7
918                   && !inCheck
919                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
920                   continue;
921
922               // Prune moves with negative SEE
923               if (   lmrDepth < 8
924                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
925                   continue;
926           }
927           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
928                    && !extension
929                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
930                   continue;
931       }
932
933       // Speculative prefetch as early as possible
934       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
935
936       // Check for legality just before making the move
937       if (!rootNode && !pos.legal(move))
938       {
939           ss->moveCount = --moveCount;
940           continue;
941       }
942
943       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
944           ttCapture = true;
945
946       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
947       ss->currentMove = move;
948       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
949
950       // Step 15. Make the move
951       pos.do_move(move, st, givesCheck);
952
953       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
954       // re-searched at full depth.
955       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
956           &&  moveCount > 1
957           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
958       {
959           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
960
961           if (captureOrPromotion)
962               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
963           else
964           {
965               // Decrease reduction if opponent's move count is high
966               if ((ss-1)->moveCount > 15)
967                   r -= ONE_PLY;
968
969               // Decrease reduction for exact PV nodes
970               if (pvExact)
971                   r -= ONE_PLY;
972
973               // Increase reduction if ttMove is a capture
974               if (ttCapture)
975                   r += ONE_PLY;
976
977               // Increase reduction for cut nodes
978               if (cutNode)
979                   r += 2 * ONE_PLY;
980
981               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
982               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
983               // hence break make_move().
984               else if (    type_of(move) == NORMAL
985                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
986                   r -= 2 * ONE_PLY;
987
988               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
989                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
990                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
991                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
992                              - 4000;
993
994               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
995               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
996                   r -= ONE_PLY;
997
998               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
999                   r += ONE_PLY;
1000
1001               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1002               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1003           }
1004
1005           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1006
1007           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1008
1009           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1010       }
1011       else
1012           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1013
1014       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1015       if (doFullDepthSearch)
1016           value = newDepth <   ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1017                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1018
1019       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1020       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1021       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1022       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1023       {
1024           (ss+1)->pv = pv;
1025           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1026
1027           value = newDepth <   ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1028                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1029       }
1030
1031       // Step 18. Undo move
1032       pos.undo_move(move);
1033
1034       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1035
1036       // Step 19. Check for a new best move
1037       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1038       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1039       // updating best move, PV and TT.
1040       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1041           return VALUE_ZERO;
1042
1043       if (rootNode)
1044       {
1045           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1046                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1047
1048           // PV move or new best move?
1049           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1050           {
1051               rm.score = value;
1052               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1053               rm.pv.resize(1);
1054
1055               assert((ss+1)->pv);
1056
1057               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1058                   rm.pv.push_back(*m);
1059
1060               // We record how often the best move has been changed in each
1061               // iteration. This information is used for time management: When
1062               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1063               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1064                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1065           }
1066           else
1067               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1068               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1069               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1070               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1071       }
1072
1073       if (value > bestValue)
1074       {
1075           bestValue = value;
1076
1077           if (value > alpha)
1078           {
1079               bestMove = move;
1080
1081               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1082                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1083
1084               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1085                   alpha = value;
1086               else
1087               {
1088                   assert(value >= beta); // Fail high
1089                   break;
1090               }
1091           }
1092       }
1093
1094       if (move != bestMove)
1095       {
1096           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1097               capturesSearched[captureCount++] = move;
1098
1099           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1100               quietsSearched[quietCount++] = move;
1101       }
1102     }
1103
1104     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1105     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1106     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1107     /*
1108        if (Threads.stop)
1109         return VALUE_DRAW;
1110     */
1111
1112     // Step 20. Check for mate and stalemate
1113     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1114     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1115     // return a fail low score.
1116
1117     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1118
1119     if (!moveCount)
1120         bestValue = excludedMove ? alpha
1121                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1122     else if (bestMove)
1123     {
1124         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1125         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1126             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1127         else
1128             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1129
1130         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1131         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1132             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1133     }
1134     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1135     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1136              && !pos.captured_piece()
1137              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1138         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1139
1140     if (PvNode)
1141         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1142
1143     if (!excludedMove)
1144         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1145                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1146                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1147                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1148
1149     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1150
1151     return bestValue;
1152   }
1153
1154
1155   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1156   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1157   template <NodeType NT>
1158   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1159
1160     const bool PvNode = NT == PV;
1161     const bool InCheck = bool(pos.checkers());
1162
1163     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1164     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1165     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1166     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1167
1168     Move pv[MAX_PLY+1];
1169     StateInfo st;
1170     TTEntry* tte;
1171     Key posKey;
1172     Move ttMove, move, bestMove;
1173     Depth ttDepth;
1174     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1175     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1176     int moveCount;
1177
1178     if (PvNode)
1179     {
1180         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1181         (ss+1)->pv = pv;
1182         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1183     }
1184
1185     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1186     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1187     moveCount = 0;
1188
1189     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1190     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1191         || ss->ply >= MAX_PLY)
1192         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1193
1194     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1195
1196     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1197     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1198     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1199     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1200                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1201     // Transposition table lookup
1202     posKey = pos.key();
1203     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1204     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1205     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1206
1207     if (  !PvNode
1208         && ttHit
1209         && tte->depth() >= ttDepth
1210         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1211         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1212                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1213         return ttValue;
1214
1215     // Evaluate the position statically
1216     if (InCheck)
1217     {
1218         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1219         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1220     }
1221     else
1222     {
1223         if (ttHit)
1224         {
1225             // Never assume anything on values stored in TT
1226             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1227                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1228
1229             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1230             if (   ttValue != VALUE_NONE
1231                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1232                 bestValue = ttValue;
1233         }
1234         else
1235             ss->staticEval = bestValue =
1236             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1237                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1238
1239         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1240         if (bestValue >= beta)
1241         {
1242             if (!ttHit)
1243                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1244                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1245
1246             return bestValue;
1247         }
1248
1249         if (PvNode && bestValue > alpha)
1250             alpha = bestValue;
1251
1252         futilityBase = bestValue + 128;
1253     }
1254
1255     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1256     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1257     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1258     // be generated.
1259     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1260
1261     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1262     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1263     {
1264       assert(is_ok(move));
1265
1266       givesCheck = gives_check(pos, move);
1267
1268       moveCount++;
1269
1270       // Futility pruning
1271       if (   !InCheck
1272           && !givesCheck
1273           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1274           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1275       {
1276           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1277
1278           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1279
1280           if (futilityValue <= alpha)
1281           {
1282               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1283               continue;
1284           }
1285
1286           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1287           {
1288               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1289               continue;
1290           }
1291       }
1292
1293       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1294       evasionPrunable =    InCheck
1295                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1296                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1297                        && !pos.capture(move);
1298
1299       // Don't search moves with negative SEE values
1300       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1301           && !pos.see_ge(move))
1302           continue;
1303
1304       // Speculative prefetch as early as possible
1305       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1306
1307       // Check for legality just before making the move
1308       if (!pos.legal(move))
1309       {
1310           moveCount--;
1311           continue;
1312       }
1313
1314       ss->currentMove = move;
1315
1316       // Make and search the move
1317       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1318       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1319       pos.undo_move(move);
1320
1321       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1322
1323       // Check for a new best move
1324       if (value > bestValue)
1325       {
1326           bestValue = value;
1327
1328           if (value > alpha)
1329           {
1330               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1331                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1332
1333               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1334               {
1335                   alpha = value;
1336                   bestMove = move;
1337               }
1338               else // Fail high
1339               {
1340                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1341                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1342
1343                   return value;
1344               }
1345           }
1346        }
1347     }
1348
1349     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1350     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1351     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1352         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1353
1354     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1355               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1356               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1357
1358     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1359
1360     return bestValue;
1361   }
1362
1363
1364   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1365   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1366   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1367
1368   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1369
1370     assert(v != VALUE_NONE);
1371
1372     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1373           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1374   }
1375
1376
1377   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1378   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1379   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1380
1381   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1382
1383     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1384           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1385           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1386   }
1387
1388
1389   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1390
1391   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1392
1393     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1394         *pv++ = *childPv++;
1395     *pv = MOVE_NONE;
1396   }
1397
1398
1399   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1400   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1401
1402   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1403
1404     for (int i : {1, 2, 4})
1405         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1406             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1407   }
1408
1409
1410   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1411
1412   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1413                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1414
1415       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1416       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1417       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1418       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1419
1420       // Decrease all the other played capture moves
1421       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1422       {
1423           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1424           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1425           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1426       }
1427   }
1428
1429
1430   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1431
1432   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1433                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1434
1435     if (ss->killers[0] != move)
1436     {
1437         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1438         ss->killers[0] = move;
1439     }
1440
1441     Color us = pos.side_to_move();
1442     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1443     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1444     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1445
1446     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1447     {
1448         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1449         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1450     }
1451
1452     // Decrease all the other played quiet moves
1453     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1454     {
1455         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1456         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1457     }
1458   }
1459
1460   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1461   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1462
1463   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1464
1465     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1466     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1467
1468     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1469     Value topScore = rootMoves[0].score;
1470     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1471     int weakness = 120 - 2 * level;
1472     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1473
1474     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1475     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1476     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1477     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1478     {
1479         // This is our magic formula
1480         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1481                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1482
1483         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1484         {
1485             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1486             best = rootMoves[i].pv[0];
1487         }
1488     }
1489
1490     return best;
1491   }
1492
1493 } // namespace
1494
1495 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1496 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1497
1498 void MainThread::check_time() {
1499
1500   if (--callsCnt > 0)
1501       return;
1502
1503   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1504   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1505
1506   static TimePoint lastInfoTime = now();
1507
1508   int elapsed = Time.elapsed();
1509   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1510
1511   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1512   {
1513       lastInfoTime = tick;
1514       dbg_print();
1515   }
1516
1517   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1518   if (Threads.ponder)
1519       return;
1520
1521   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1522       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1523       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1524       Threads.stop = true;
1525 }
1526
1527
1528 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1529 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1530
1531 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1532
1533   std::stringstream ss;
1534   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1535   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1536   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1537   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1538   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1539   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1540
1541   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1542   {
1543       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1544
1545       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1546           continue;
1547
1548       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1549       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1550
1551       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1552       v = tb ? TB::Score : v;
1553
1554       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1555           ss << "\n";
1556
1557       ss << "info"
1558          << " depth "    << d / ONE_PLY
1559          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1560          << " multipv "  << i + 1
1561          << " score "    << UCI::value(v);
1562
1563       if (!tb && i == PVIdx)
1564           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1565
1566       ss << " nodes "    << nodesSearched
1567          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1568
1569       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1570           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1571
1572       ss << " tbhits "   << tbHits
1573          << " time "     << elapsed
1574          << " pv";
1575
1576       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1577           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1578   }
1579
1580   return ss.str();
1581 }
1582
1583
1584 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1585 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1586 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1587 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1588
1589 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1590
1591     StateInfo st;
1592     bool ttHit;
1593
1594     assert(pv.size() == 1);
1595
1596     if (!pv[0])
1597         return false;
1598
1599     pos.do_move(pv[0], st);
1600     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1601
1602     if (ttHit)
1603     {
1604         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1605         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1606             pv.push_back(m);
1607     }
1608
1609     pos.undo_move(pv[0]);
1610     return pv.size() > 1;
1611 }
1612
1613
1614 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1615
1616     RootInTB = false;
1617     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1618     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1619     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1620
1621     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1622     if (Cardinality > MaxCardinality)
1623     {
1624         Cardinality = MaxCardinality;
1625         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1626     }
1627
1628     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1629         return;
1630
1631     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1632     if (Options["MultiPV"] != 1)
1633         return;
1634
1635     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1636     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1637     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1638
1639     if (RootInTB)
1640         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1641
1642     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1643     {
1644         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1645         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1646
1647         // Only probe during search if winning
1648         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1649             Cardinality = 0;
1650     }
1651
1652     if (RootInTB && !UseRule50)
1653         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1654                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1655                                             :  VALUE_DRAW;
1656
1657     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1658     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1659     for (RootMove& rm : rootMoves)
1660         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1661 }