Assorted trivial cleanups (July 2019)
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 661;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((168 - 51 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn];
75     return ((r + 520) / 1024 + (!i && r > 999)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
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 ? -8 : 22 * d * d + 151 * d - 140;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
106   struct Breadcrumb {
107     std::atomic<Thread*> thread;
108     std::atomic<Key> key;
109   };
110   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
111
112   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
113   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
114   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
115   struct ThreadHolding {
116     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
117        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
118        otherThread = false;
119        owning = false;
120        if (location)
121        {
122           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
123           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
124           if (tmp == nullptr)
125           {
126               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
127               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
128               owning = true;
129           }
130           else if (   tmp != thisThread
131                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
132               otherThread = true;
133        }
134     }
135
136     ~ThreadHolding() {
137        if (owning) // Free the marked location
138            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
139     }
140
141     bool marked() { return otherThread; }
142
143     private:
144     Breadcrumb* location;
145     bool otherThread, owning;
146   };
147
148   template <NodeType NT>
149   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
150
151   template <NodeType NT>
152   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
153
154   Value value_to_tt(Value v, int ply);
155   Value value_from_tt(Value v, int ply);
156   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
157   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
158   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
159   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
160
161   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
162   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
163   template<bool Root>
164   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166     StateInfo st;
167     uint64_t cnt, nodes = 0;
168     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
169
170     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
171     {
172         if (Root && depth <= ONE_PLY)
173             cnt = 1, nodes++;
174         else
175         {
176             pos.do_move(m, st);
177             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
178             nodes += cnt;
179             pos.undo_move(m);
180         }
181         if (Root)
182             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
183     }
184     return nodes;
185   }
186
187 } // namespace
188
189
190 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
191
192 void Search::init() {
193
194   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
195       Reductions[i] = int(23.4 * std::log(i));
196 }
197
198
199 /// Search::clear() resets search state to its initial value
200
201 void Search::clear() {
202
203   Threads.main()->wait_for_search_finished();
204
205   Time.availableNodes = 0;
206   TT.clear();
207   Threads.clear();
208   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
209 }
210
211
212 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
213 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
214
215 void MainThread::search() {
216
217   if (Limits.perft)
218   {
219       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
220       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
221       return;
222   }
223
224   Color us = rootPos.side_to_move();
225   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
226   TT.new_search();
227
228   if (rootMoves.empty())
229   {
230       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
231       sync_cout << "info depth 0 score "
232                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
233                 << sync_endl;
234   }
235   else
236   {
237       for (Thread* th : Threads)
238       {
239           th->bestMoveChanges = 0;
240           if (th != this)
241               th->start_searching();
242       }
243
244       Thread::search(); // Let's start searching!
245   }
246
247   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
248   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
249   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
250   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
251   // until the GUI sends one of those commands.
252
253   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
254   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
255
256   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
257   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
258   Threads.stop = true;
259
260   // Wait until all threads have finished
261   for (Thread* th : Threads)
262       if (th != this)
263           th->wait_for_search_finished();
264
265   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
266   // the available ones before exiting.
267   if (Limits.npmsec)
268       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
269
270   Thread* bestThread = this;
271
272   // Check if there are threads with a better score than main thread
273   if (    Options["MultiPV"] == 1
274       && !Limits.depth
275       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
276       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
277   {
278       std::map<Move, int64_t> votes;
279       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
280
281       // Find out minimum score
282       for (Thread* th: Threads)
283           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
284
285       // Vote according to score and depth, and select the best thread
286       for (Thread* th : Threads)
287       {
288           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
289               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
290
291           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
292           {
293               // Make sure we pick the shortest mate
294               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
295                   bestThread = th;
296           }
297           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
298                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
299               bestThread = th;
300       }
301   }
302
303   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
304
305   // Send again PV info if we have a new best thread
306   if (bestThread != this)
307       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
308
309   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
310
311   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
312       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
313
314   std::cout << sync_endl;
315 }
316
317
318 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
319 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
320 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
321
322 void Thread::search() {
323
324   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
325   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
326   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
327   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
328   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
329   Move  pv[MAX_PLY+1];
330   Value bestValue, alpha, beta, delta;
331   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
332   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
333   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
334   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
335   Color us = rootPos.side_to_move();
336
337   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
338   for (int i = 7; i > 0; i--)
339      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
340   ss->pv = pv;
341
342   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
343   beta = VALUE_INFINITE;
344
345   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
346
347   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
348   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
349   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
350   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
351   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
352   PRNG rng(now());
353   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
354                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
355                         double(Options["Skill Level"]);
356   int intLevel = int(floatLevel) +
357                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
358   Skill skill(intLevel);
359
360   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
361   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
362   if (skill.enabled())
363       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
364
365   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
366
367   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
368
369   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
370   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
371       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
372           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
373           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
374           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
375           : ct;
376
377   // Evaluation score is from the white point of view
378   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
379                           : -make_score(ct, ct / 2));
380
381   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
382   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
383          && !Threads.stop
384          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
385   {
386       // Age out PV variability metric
387       if (mainThread)
388           totBestMoveChanges /= 2;
389
390       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
391       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
392       for (RootMove& rm : rootMoves)
393           rm.previousScore = rm.score;
394
395       size_t pvFirst = 0;
396       pvLast = 0;
397
398       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
399       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
400       {
401           if (pvIdx == pvLast)
402           {
403               pvFirst = pvLast;
404               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
405                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
406                       break;
407           }
408
409           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
410           selDepth = 0;
411
412           // Reset aspiration window starting size
413           if (rootDepth >= 4 * ONE_PLY)
414           {
415               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
416               delta = Value(23);
417               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
418               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
419
420               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
421               int dct = ct + 86 * previousScore / (abs(previousScore) + 176);
422
423               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
424                                       : -make_score(dct, dct / 2));
425           }
426
427           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
428           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
429           // high/low anymore.
430           int failedHighCnt = 0;
431           while (true)
432           {
433               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
434               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
435
436               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
437               // is done with a stable algorithm because all the values but the
438               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
439               // and we want to keep the same order for all the moves except the
440               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
441               // search the already searched PV lines are preserved.
442               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
443
444               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
445               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
446               // the previous iteration.
447               if (Threads.stop)
448                   break;
449
450               // When failing high/low give some update (without cluttering
451               // the UI) before a re-search.
452               if (   mainThread
453                   && multiPV == 1
454                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
455                   && Time.elapsed() > 3000)
456                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
457
458               // In case of failing low/high increase aspiration window and
459               // re-search, otherwise exit the loop.
460               if (bestValue <= alpha)
461               {
462                   beta = (alpha + beta) / 2;
463                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
464
465                   failedHighCnt = 0;
466                   if (mainThread)
467                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
468               }
469               else if (bestValue >= beta)
470               {
471                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
472                   ++failedHighCnt;
473               }
474               else
475                   break;
476
477               delta += delta / 4 + 5;
478
479               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
480           }
481
482           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
483           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
484
485           if (    mainThread
486               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
487               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
488       }
489
490       if (!Threads.stop)
491           completedDepth = rootDepth;
492
493       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
494          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
495          lastBestMoveDepth = rootDepth;
496       }
497
498       // Have we found a "mate in x"?
499       if (   Limits.mate
500           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
501           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
502           Threads.stop = true;
503
504       if (!mainThread)
505           continue;
506
507       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
508       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
509           skill.pick_best(multiPV);
510
511       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
512       if (    Limits.use_time_management()
513           && !Threads.stop
514           && !mainThread->stopOnPonderhit)
515       {
516           double fallingEval = (354 + 10 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 692.0;
517           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
518
519           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
520           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.97 : 0.98;
521           double reduction = (1.36 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.29 * timeReduction);
522
523           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
524           for (Thread* th : Threads)
525           {
526               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
527               th->bestMoveChanges = 0;
528           }
529           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
530
531           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
532           if (   rootMoves.size() == 1
533               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
534           {
535               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
536               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
537               if (mainThread->ponder)
538                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
539               else
540                   Threads.stop = true;
541           }
542       }
543   }
544
545   if (!mainThread)
546       return;
547
548   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
549
550   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
551   if (skill.enabled())
552       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
553                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
554 }
555
556
557 namespace {
558
559   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
560
561   template <NodeType NT>
562   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
563
564     constexpr bool PvNode = NT == PV;
565     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
566
567     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
568     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
569     if (   pos.rule50_count() >= 3
570         && alpha < VALUE_DRAW
571         && !rootNode
572         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
573     {
574         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
575         if (alpha >= beta)
576             return alpha;
577     }
578
579     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
580     if (depth < ONE_PLY)
581         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
582
583     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
584     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
585     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
586     assert(!(PvNode && cutNode));
587     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
588
589     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
590     StateInfo st;
591     TTEntry* tte;
592     Key posKey;
593     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
594     Depth extension, newDepth;
595     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
596     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, doLMR;
597     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
598     Piece movedPiece;
599     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
600
601     // Step 1. Initialize node
602     Thread* thisThread = pos.this_thread();
603     inCheck = pos.checkers();
604     Color us = pos.side_to_move();
605     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
606     bestValue = -VALUE_INFINITE;
607     maxValue = VALUE_INFINITE;
608
609     // Check for the available remaining time
610     if (thisThread == Threads.main())
611         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
612
613     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
614     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
615         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
616
617     if (!rootNode)
618     {
619         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
620         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
621             || pos.is_draw(ss->ply)
622             || ss->ply >= MAX_PLY)
623             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
624                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
625
626         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
627         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
628         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
629         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
630         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
631         // mate. In this case return a fail-high score.
632         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
633         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
634         if (alpha >= beta)
635             return alpha;
636     }
637
638     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
639
640     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
641     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
642     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
643     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
644
645     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
646     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
647     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
648     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
649     // LMR which are based on the statScore of parent position.
650     if (rootNode)
651         (ss+4)->statScore = 0;
652     else
653         (ss+2)->statScore = 0;
654
655     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
656     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
657     // position key in case of an excluded move.
658     excludedMove = ss->excludedMove;
659     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
660     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
661     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
662     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
663             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
664     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
665
666     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
667     if (  !PvNode
668         && ttHit
669         && tte->depth() >= depth
670         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
671         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
672                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
673     {
674         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
675         if (ttMove)
676         {
677             if (ttValue >= beta)
678             {
679                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
680                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
681
682                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
683                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
684                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
685             }
686             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
687             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
688             {
689                 int penalty = -stat_bonus(depth);
690                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
691                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
692             }
693         }
694         return ttValue;
695     }
696
697     // Step 5. Tablebases probe
698     if (!rootNode && TB::Cardinality)
699     {
700         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
701
702         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
703             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
704             &&  pos.rule50_count() == 0
705             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
706         {
707             TB::ProbeState err;
708             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
709
710             // Force check of time on the next occasion
711             if (thisThread == Threads.main())
712                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
713
714             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
715             {
716                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
717
718                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
719
720                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
721                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
722                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
723
724                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
725                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
726
727                 if (    b == BOUND_EXACT
728                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
729                 {
730                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
731                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
732                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
733
734                     return value;
735                 }
736
737                 if (PvNode)
738                 {
739                     if (b == BOUND_LOWER)
740                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
741                     else
742                         maxValue = value;
743                 }
744             }
745         }
746     }
747
748     // Step 6. Static evaluation of the position
749     if (inCheck)
750     {
751         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
752         improving = false;
753         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
754     }
755     else if (ttHit)
756     {
757         // Never assume anything about values stored in TT
758         ss->staticEval = eval = tte->eval();
759         if (eval == VALUE_NONE)
760             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
761
762         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
763         if (    ttValue != VALUE_NONE
764             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
765             eval = ttValue;
766     }
767     else
768     {
769         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
770         {
771             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
772
773             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
774         }
775         else
776             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
777
778         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
779     }
780
781     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
782     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
783         &&  depth < 2 * ONE_PLY
784         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
785         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
786
787     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
788                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
789
790     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
791     if (   !PvNode
792         &&  depth < 7 * ONE_PLY
793         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
794         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
795         return eval;
796
797     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
798     if (   !PvNode
799         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
800         && (ss-1)->statScore < 22661
801         &&  eval >= beta
802         &&  ss->staticEval >= beta - 33 * depth / ONE_PLY + 299
803         && !excludedMove
804         &&  pos.non_pawn_material(us)
805         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
806     {
807         assert(eval - beta >= 0);
808
809         // Null move dynamic reduction based on depth and value
810         Depth R = ((835 + 70 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 185, 3)) * ONE_PLY;
811
812         ss->currentMove = MOVE_NULL;
813         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
814
815         pos.do_null_move(st);
816
817         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
818
819         pos.undo_null_move();
820
821         if (nullValue >= beta)
822         {
823             // Do not return unproven mate scores
824             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
825                 nullValue = beta;
826
827             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13 * ONE_PLY))
828                 return nullValue;
829
830             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
831
832             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
833             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
834             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
835             thisThread->nmpColor = us;
836
837             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
838
839             thisThread->nmpMinPly = 0;
840
841             if (v >= beta)
842                 return nullValue;
843         }
844     }
845
846     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
847     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
848     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
849     if (   !PvNode
850         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
851         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
852     {
853         Value raisedBeta = std::min(beta + 191 - 46 * improving, VALUE_INFINITE);
854         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
855         int probCutCount = 0;
856
857         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
858                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
859             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
860             {
861                 probCutCount++;
862
863                 ss->currentMove = move;
864                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
865
866                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
867
868                 pos.do_move(move, st);
869
870                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
871                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
872
873                 // If the qsearch held, perform the regular search
874                 if (value >= raisedBeta)
875                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
876
877                 pos.undo_move(move);
878
879                 if (value >= raisedBeta)
880                     return value;
881             }
882     }
883
884     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
885     if (depth >= 7 * ONE_PLY && !ttMove)
886     {
887         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
888
889         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
890         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
891         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
892     }
893
894 moves_loop: // When in check, search starts from here
895
896     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
897                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
898                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
899
900     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
901
902     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
903                                       &thisThread->captureHistory,
904                                       contHist,
905                                       countermove,
906                                       ss->killers);
907
908     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
909     moveCountPruning = false;
910     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
911
912     // Mark this node as being searched
913     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
914
915     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
916     // or a beta cutoff occurs.
917     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
918     {
919       assert(is_ok(move));
920
921       if (move == excludedMove)
922           continue;
923
924       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
925       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
926       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
927       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
928       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
929                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
930           continue;
931
932       ss->moveCount = ++moveCount;
933
934       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
935           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
936                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
937                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
938       if (PvNode)
939           (ss+1)->pv = nullptr;
940
941       extension = DEPTH_ZERO;
942       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
943       movedPiece = pos.moved_piece(move);
944       givesCheck = pos.gives_check(move);
945
946       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
947
948       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
949       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
950       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
951       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
952       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
953       if (    depth >= 6 * ONE_PLY
954           &&  move == ttMove
955           && !rootNode
956           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
957        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
958           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
959           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
960           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
961           &&  pos.legal(move))
962       {
963           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
964           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
965           ss->excludedMove = move;
966           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
967           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
968
969           if (value < singularBeta)
970           {
971               extension = ONE_PLY;
972               singularLMR++;
973
974               if (value < singularBeta - std::min(4 * depth / ONE_PLY, 36))
975                   singularLMR++;
976           }
977
978           // Multi-cut pruning
979           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
980           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
981           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
982           // a soft bound.
983           else if (   eval >= beta
984                    && singularBeta >= beta)
985               return singularBeta;
986       }
987
988       // Check extension (~2 Elo)
989       else if (    givesCheck
990                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
991           extension = ONE_PLY;
992
993       // Castling extension
994       else if (type_of(move) == CASTLING)
995           extension = ONE_PLY;
996
997       // Shuffle extension
998       else if (   PvNode
999                && pos.rule50_count() > 18
1000                && depth < 3 * ONE_PLY
1001                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
1002           extension = ONE_PLY;
1003
1004       // Passed pawn extension
1005       else if (   move == ss->killers[0]
1006                && pos.advanced_pawn_push(move)
1007                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1008           extension = ONE_PLY;
1009
1010       // Calculate new depth for this move
1011       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
1012
1013       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1014       if (  !rootNode
1015           && pos.non_pawn_material(us)
1016           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1017       {
1018           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1019           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
1020
1021           if (   !captureOrPromotion
1022               && !givesCheck
1023               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1024           {
1025               // Move count based pruning
1026               if (moveCountPruning)
1027                   continue;
1028
1029               // Reduced depth of the next LMR search
1030               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
1031               lmrDepth /= ONE_PLY;
1032
1033               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1034               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1035                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1036                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1037                   continue;
1038
1039               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1040               if (   lmrDepth < 6
1041                   && !inCheck
1042                   && ss->staticEval + 250 + 211 * lmrDepth <= alpha)
1043                   continue;
1044
1045               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1046               if (!pos.see_ge(move, Value(-(31 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1047                   continue;
1048           }
1049           else if (  (!givesCheck || !extension)
1050                    && !pos.see_ge(move, Value(-199) * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
1051                   continue;
1052       }
1053
1054       // Speculative prefetch as early as possible
1055       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1056
1057       // Check for legality just before making the move
1058       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1059       {
1060           ss->moveCount = --moveCount;
1061           continue;
1062       }
1063
1064       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1065       ss->currentMove = move;
1066       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1067
1068       // Step 15. Make the move
1069       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1070
1071       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1072       // re-searched at full depth.
1073       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1074           &&  moveCount > 1 + 3 * rootNode
1075           && (  !captureOrPromotion
1076               || moveCountPruning
1077               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha))
1078       {
1079           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1080
1081           // Reduction if other threads are searching this position.
1082           if (th.marked())
1083               r += ONE_PLY;
1084
1085           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1086           if (ttPv)
1087               r -= 2 * ONE_PLY;
1088
1089           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1090           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1091               r -= ONE_PLY;
1092
1093           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1094           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1095
1096           if (!captureOrPromotion)
1097           {
1098               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1099               if (ttCapture)
1100                   r += ONE_PLY;
1101
1102               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1103               if (cutNode)
1104                   r += 2 * ONE_PLY;
1105
1106               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1107               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1108               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1109               else if (    type_of(move) == NORMAL
1110                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1111                   r -= 2 * ONE_PLY;
1112
1113               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1114                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1115                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1116                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1117                              - 4729;
1118
1119               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1120               if (    ss->statScore < 0
1121                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1122                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1123                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1124                   ss->statScore = 0;
1125
1126               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1127               if (ss->statScore >= -99 && (ss-1)->statScore < -116)
1128                   r -= ONE_PLY;
1129
1130               else if ((ss-1)->statScore >= -117 && ss->statScore < -144)
1131                   r += ONE_PLY;
1132
1133               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1134               r -= ss->statScore / 16384 * ONE_PLY;
1135           }
1136
1137           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1138
1139           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1140
1141           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), doLMR = true;
1142       }
1143       else
1144           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, doLMR = false;
1145
1146       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1147       if (doFullDepthSearch)
1148       {
1149           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1150
1151           if (doLMR && !captureOrPromotion)
1152           {
1153               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1154                                         : -stat_bonus(newDepth);
1155
1156               if (move == ss->killers[0])
1157                   bonus += bonus / 4;
1158
1159               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1160           }
1161       }
1162
1163       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1164       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1165       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1166       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1167       {
1168           (ss+1)->pv = pv;
1169           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1170
1171           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1172       }
1173
1174       // Step 18. Undo move
1175       pos.undo_move(move);
1176
1177       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1178
1179       // Step 19. Check for a new best move
1180       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1181       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1182       // updating best move, PV and TT.
1183       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1184           return VALUE_ZERO;
1185
1186       if (rootNode)
1187       {
1188           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1189                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1190
1191           // PV move or new best move?
1192           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1193           {
1194               rm.score = value;
1195               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1196               rm.pv.resize(1);
1197
1198               assert((ss+1)->pv);
1199
1200               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1201                   rm.pv.push_back(*m);
1202
1203               // We record how often the best move has been changed in each
1204               // iteration. This information is used for time management: When
1205               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1206               if (moveCount > 1)
1207                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1208           }
1209           else
1210               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1211               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1212               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1213               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1214       }
1215
1216       if (value > bestValue)
1217       {
1218           bestValue = value;
1219
1220           if (value > alpha)
1221           {
1222               bestMove = move;
1223
1224               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1225                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1226
1227               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1228                   alpha = value;
1229               else
1230               {
1231                   assert(value >= beta); // Fail high
1232                   ss->statScore = 0;
1233                   break;
1234               }
1235           }
1236       }
1237
1238       if (move != bestMove)
1239       {
1240           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1241               capturesSearched[captureCount++] = move;
1242
1243           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1244               quietsSearched[quietCount++] = move;
1245       }
1246     }
1247
1248     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1249     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1250     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1251     /*
1252        if (Threads.stop)
1253         return VALUE_DRAW;
1254     */
1255
1256     // Step 20. Check for mate and stalemate
1257     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1258     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1259     // return a fail low score.
1260
1261     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1262
1263     if (!moveCount)
1264         bestValue = excludedMove ? alpha
1265                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1266     else if (bestMove)
1267     {
1268         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1269         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1270             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1271                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1272
1273         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1274
1275         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1276         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1277             && !pos.captured_piece())
1278                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1279
1280     }
1281     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1282     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1283              && !pos.captured_piece())
1284         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1285
1286     if (PvNode)
1287         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1288
1289     if (!excludedMove)
1290         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1291                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1292                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1293                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1294
1295     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1296
1297     return bestValue;
1298   }
1299
1300
1301   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1302   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1303   template <NodeType NT>
1304   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1305
1306     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1307
1308     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1309     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1310     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1311     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1312
1313     Move pv[MAX_PLY+1];
1314     StateInfo st;
1315     TTEntry* tte;
1316     Key posKey;
1317     Move ttMove, move, bestMove;
1318     Depth ttDepth;
1319     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1320     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1321     int moveCount;
1322
1323     if (PvNode)
1324     {
1325         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1326         (ss+1)->pv = pv;
1327         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1328     }
1329
1330     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1331     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1332     bestMove = MOVE_NONE;
1333     inCheck = pos.checkers();
1334     moveCount = 0;
1335
1336     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1337     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1338         || ss->ply >= MAX_PLY)
1339         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1340
1341     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1342
1343     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1344     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1345     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1346     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1347                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1348     // Transposition table lookup
1349     posKey = pos.key();
1350     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1351     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1352     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1353     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1354
1355     if (  !PvNode
1356         && ttHit
1357         && tte->depth() >= ttDepth
1358         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1359         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1360                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1361         return ttValue;
1362
1363     // Evaluate the position statically
1364     if (inCheck)
1365     {
1366         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1367         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1368     }
1369     else
1370     {
1371         if (ttHit)
1372         {
1373             // Never assume anything about values stored in TT
1374             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1375                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1376
1377             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1378             if (    ttValue != VALUE_NONE
1379                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1380                 bestValue = ttValue;
1381         }
1382         else
1383             ss->staticEval = bestValue =
1384             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1385                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1386
1387         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1388         if (bestValue >= beta)
1389         {
1390             if (!ttHit)
1391                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1392                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1393
1394             return bestValue;
1395         }
1396
1397         if (PvNode && bestValue > alpha)
1398             alpha = bestValue;
1399
1400         futilityBase = bestValue + 153;
1401     }
1402
1403     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1404                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1405                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1406
1407     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1408     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1409     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1410     // be generated.
1411     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1412                                       &thisThread->captureHistory,
1413                                       contHist,
1414                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1415
1416     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1417     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1418     {
1419       assert(is_ok(move));
1420
1421       givesCheck = pos.gives_check(move);
1422
1423       moveCount++;
1424
1425       // Futility pruning
1426       if (   !inCheck
1427           && !givesCheck
1428           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1429           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1430       {
1431           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1432
1433           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1434
1435           if (futilityValue <= alpha)
1436           {
1437               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1438               continue;
1439           }
1440
1441           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1442           {
1443               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1444               continue;
1445           }
1446       }
1447
1448       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1449       evasionPrunable =    inCheck
1450                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1451                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1452                        && !pos.capture(move);
1453
1454       // Don't search moves with negative SEE values
1455       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1456           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1457           && !pos.see_ge(move))
1458           continue;
1459
1460       // Speculative prefetch as early as possible
1461       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1462
1463       // Check for legality just before making the move
1464       if (!pos.legal(move))
1465       {
1466           moveCount--;
1467           continue;
1468       }
1469
1470       ss->currentMove = move;
1471       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1472
1473       // Make and search the move
1474       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1475       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1476       pos.undo_move(move);
1477
1478       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1479
1480       // Check for a new best move
1481       if (value > bestValue)
1482       {
1483           bestValue = value;
1484
1485           if (value > alpha)
1486           {
1487               bestMove = move;
1488
1489               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1490                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1491
1492               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1493                   alpha = value;
1494               else
1495                   break; // Fail high
1496           }
1497        }
1498     }
1499
1500     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1501     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1502     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1503         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1504
1505     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1506               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1507               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1508               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1509
1510     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1511
1512     return bestValue;
1513   }
1514
1515
1516   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1517   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1518   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1519
1520   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1521
1522     assert(v != VALUE_NONE);
1523
1524     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1525           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1526   }
1527
1528
1529   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1530   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1531   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1532
1533   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1534
1535     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1536           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1537           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1538   }
1539
1540
1541   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1542
1543   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1544
1545     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1546         *pv++ = *childPv++;
1547     *pv = MOVE_NONE;
1548   }
1549
1550
1551   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1552   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1553
1554   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1555
1556     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1557         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1558             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1559   }
1560
1561
1562   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1563
1564   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1565                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1566
1567       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1568       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1569       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1570
1571       if (pos.capture_or_promotion(move))
1572           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1573
1574       // Decrease all the other played capture moves
1575       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1576       {
1577           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1578           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1579           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1580       }
1581   }
1582
1583
1584   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1585
1586   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1587                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1588
1589     if (ss->killers[0] != move)
1590     {
1591         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1592         ss->killers[0] = move;
1593     }
1594
1595     Color us = pos.side_to_move();
1596     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1597     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1598     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1599
1600     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1601     {
1602         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1603         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1604     }
1605
1606     // Decrease all the other played quiet moves
1607     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1608     {
1609         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1610         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1611     }
1612   }
1613
1614   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1615   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1616
1617   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1618
1619     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1620     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1621
1622     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1623     Value topScore = rootMoves[0].score;
1624     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1625     int weakness = 120 - 2 * level;
1626     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1627
1628     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1629     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1630     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1631     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1632     {
1633         // This is our magic formula
1634         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1635                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1636
1637         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1638         {
1639             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1640             best = rootMoves[i].pv[0];
1641         }
1642     }
1643
1644     return best;
1645   }
1646
1647 } // namespace
1648
1649 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1650 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1651
1652 void MainThread::check_time() {
1653
1654   if (--callsCnt > 0)
1655       return;
1656
1657   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1658   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1659
1660   static TimePoint lastInfoTime = now();
1661
1662   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1663   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1664
1665   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1666   {
1667       lastInfoTime = tick;
1668       dbg_print();
1669   }
1670
1671   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1672   if (ponder)
1673       return;
1674
1675   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1676       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1677       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1678       Threads.stop = true;
1679 }
1680
1681
1682 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1683 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1684
1685 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1686
1687   std::stringstream ss;
1688   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1689   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1690   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1691   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1692   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1693   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1694
1695   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1696   {
1697       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1698
1699       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1700           continue;
1701
1702       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1703       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1704
1705       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1706       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1707
1708       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1709           ss << "\n";
1710
1711       ss << "info"
1712          << " depth "    << d / ONE_PLY
1713          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1714          << " multipv "  << i + 1
1715          << " score "    << UCI::value(v);
1716
1717       if (!tb && i == pvIdx)
1718           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1719
1720       ss << " nodes "    << nodesSearched
1721          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1722
1723       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1724           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1725
1726       ss << " tbhits "   << tbHits
1727          << " time "     << elapsed
1728          << " pv";
1729
1730       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1731           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1732   }
1733
1734   return ss.str();
1735 }
1736
1737
1738 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1739 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1740 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1741 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1742
1743 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1744
1745     StateInfo st;
1746     bool ttHit;
1747
1748     assert(pv.size() == 1);
1749
1750     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1751         return false;
1752
1753     pos.do_move(pv[0], st);
1754     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1755
1756     if (ttHit)
1757     {
1758         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1759         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1760             pv.push_back(m);
1761     }
1762
1763     pos.undo_move(pv[0]);
1764     return pv.size() > 1;
1765 }
1766
1767 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1768
1769     RootInTB = false;
1770     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1771     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1772     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1773     bool dtz_available = true;
1774
1775     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1776     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1777     if (Cardinality > MaxCardinality)
1778     {
1779         Cardinality = MaxCardinality;
1780         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1781     }
1782
1783     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1784     {
1785         // Rank moves using DTZ tables
1786         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1787
1788         if (!RootInTB)
1789         {
1790             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1791             dtz_available = false;
1792             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1793         }
1794     }
1795
1796     if (RootInTB)
1797     {
1798         // Sort moves according to TB rank
1799         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1800                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1801
1802         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1803         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1804             Cardinality = 0;
1805     }
1806     else
1807     {
1808         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1809         for (auto& m : rootMoves)
1810             m.tbRank = 0;
1811     }
1812 }