b2622ab3c2598cd4355883b426cb8a72477027e9
[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 = false;
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 + 216 - 48 * improving, 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 qsearch to verify that the move holds
782                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
783
784                 // If the qsearch held perform the regular search
785                 if (value >= rbeta)
786                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
787
788                 pos.undo_move(move);
789
790                 if (value >= rbeta)
791                     return value;
792             }
793     }
794
795     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
796     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
797         && !ttMove
798         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
799     {
800         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
801         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
802
803         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
804         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
805         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
806     }
807
808 moves_loop: // When in check, search starts from here
809
810     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
811     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
812
813     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
814     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
815
816     singularExtensionNode =   !rootNode
817                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
818                            &&  ttMove != MOVE_NONE
819                            &&  ttValue != VALUE_NONE
820                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
821                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
822                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
823     skipQuiets = false;
824     ttCapture = false;
825     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
826
827     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
828     // or a beta cutoff occurs.
829     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
830     {
831       assert(is_ok(move));
832
833       if (move == excludedMove)
834           continue;
835
836       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
837       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
838       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
839       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
840                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
841           continue;
842
843       ss->moveCount = ++moveCount;
844
845       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
846           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
847                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
848                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
849       if (PvNode)
850           (ss+1)->pv = nullptr;
851
852       extension = DEPTH_ZERO;
853       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
854       movedPiece = pos.moved_piece(move);
855       givesCheck = gives_check(pos, move);
856
857       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
858                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
859
860       // Step 13. Extensions
861
862       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
863       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
864       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
865       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
866       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
867       if (    singularExtensionNode
868           &&  move == ttMove
869           &&  pos.legal(move))
870       {
871           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
872           ss->excludedMove = move;
873           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
874           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
875
876           if (value < rBeta)
877               extension = ONE_PLY;
878       }
879       else if (    givesCheck // Check extension
880                && !moveCountPruning
881                &&  pos.see_ge(move))
882           extension = ONE_PLY;
883
884       // Calculate new depth for this move
885       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
886
887       // Step 14. Pruning at shallow depth
888       if (  !rootNode
889           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
890           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
891       {
892           if (   !captureOrPromotion
893               && !givesCheck
894               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
895           {
896               // Move count based pruning
897               if (moveCountPruning)
898               {
899                   skipQuiets = true;
900                   continue;
901               }
902
903               // Reduced depth of the next LMR search
904               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
905
906               // Countermoves based pruning
907               if (   lmrDepth < 3
908                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
909                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
910                   continue;
911
912               // Futility pruning: parent node
913               if (   lmrDepth < 7
914                   && !inCheck
915                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
916                   continue;
917
918               // Prune moves with negative SEE
919               if (   lmrDepth < 8
920                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
921                   continue;
922           }
923           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
924                    && !extension
925                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
926                   continue;
927       }
928
929       // Speculative prefetch as early as possible
930       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
931
932       // Check for legality just before making the move
933       if (!rootNode && !pos.legal(move))
934       {
935           ss->moveCount = --moveCount;
936           continue;
937       }
938
939       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
940           ttCapture = true;
941
942       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
943       ss->currentMove = move;
944       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
945
946       // Step 15. Make the move
947       pos.do_move(move, st, givesCheck);
948
949       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
950       // re-searched at full depth.
951       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
952           &&  moveCount > 1
953           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
954       {
955           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
956
957           if (captureOrPromotion)
958               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
959           else
960           {
961               // Decrease reduction if opponent's move count is high
962               if ((ss-1)->moveCount > 15)
963                   r -= ONE_PLY;
964
965               // Decrease reduction for exact PV nodes
966               if (pvExact)
967                   r -= ONE_PLY;
968
969               // Increase reduction if ttMove is a capture
970               if (ttCapture)
971                   r += ONE_PLY;
972
973               // Increase reduction for cut nodes
974               if (cutNode)
975                   r += 2 * ONE_PLY;
976
977               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
978               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
979               // hence break make_move().
980               else if (    type_of(move) == NORMAL
981                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
982                   r -= 2 * ONE_PLY;
983
984               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
985                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
986                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
987                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
988                              - 4000;
989
990               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
991               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
992                   r -= ONE_PLY;
993
994               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
995                   r += ONE_PLY;
996
997               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
998               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
999           }
1000
1001           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1002
1003           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1004
1005           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1006       }
1007       else
1008           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1009
1010       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1011       if (doFullDepthSearch)
1012           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1013                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1014
1015       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1016       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1017       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1018       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1019       {
1020           (ss+1)->pv = pv;
1021           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1022
1023           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1024                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1025       }
1026
1027       // Step 18. Undo move
1028       pos.undo_move(move);
1029
1030       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1031
1032       // Step 19. Check for a new best move
1033       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1034       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1035       // updating best move, PV and TT.
1036       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1037           return VALUE_ZERO;
1038
1039       if (rootNode)
1040       {
1041           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1042                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1043
1044           // PV move or new best move?
1045           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1046           {
1047               rm.score = value;
1048               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1049               rm.pv.resize(1);
1050
1051               assert((ss+1)->pv);
1052
1053               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1054                   rm.pv.push_back(*m);
1055
1056               // We record how often the best move has been changed in each
1057               // iteration. This information is used for time management: When
1058               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1059               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1060                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1061           }
1062           else
1063               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1064               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1065               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1066               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1067       }
1068
1069       if (value > bestValue)
1070       {
1071           bestValue = value;
1072
1073           if (value > alpha)
1074           {
1075               bestMove = move;
1076
1077               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1078                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1079
1080               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1081                   alpha = value;
1082               else
1083               {
1084                   assert(value >= beta); // Fail high
1085                   break;
1086               }
1087           }
1088       }
1089
1090       if (move != bestMove)
1091       {
1092           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1093               capturesSearched[captureCount++] = move;
1094
1095           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1096               quietsSearched[quietCount++] = move;
1097       }
1098     }
1099
1100     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1101     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1102     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1103     /*
1104        if (Threads.stop)
1105         return VALUE_DRAW;
1106     */
1107
1108     // Step 20. Check for mate and stalemate
1109     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1110     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1111     // return a fail low score.
1112
1113     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1114
1115     if (!moveCount)
1116         bestValue = excludedMove ? alpha
1117                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1118     else if (bestMove)
1119     {
1120         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1121         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1122             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1123         else
1124             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1125
1126         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1127         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1128             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1129     }
1130     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1131     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1132              && !pos.captured_piece()
1133              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1134         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1135
1136     if (PvNode)
1137         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1138
1139     if (!excludedMove)
1140         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1141                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1142                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1143                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1144
1145     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1146
1147     return bestValue;
1148   }
1149
1150
1151   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1152   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1153   template <NodeType NT>
1154   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1155
1156     const bool PvNode = NT == PV;
1157     const bool inCheck = bool(pos.checkers());
1158
1159     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1160     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1161     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1162     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1163
1164     Move pv[MAX_PLY+1];
1165     StateInfo st;
1166     TTEntry* tte;
1167     Key posKey;
1168     Move ttMove, move, bestMove;
1169     Depth ttDepth;
1170     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1171     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1172     int moveCount;
1173
1174     if (PvNode)
1175     {
1176         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1177         (ss+1)->pv = pv;
1178         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1179     }
1180
1181     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1182     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1183     moveCount = 0;
1184
1185     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1186     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1187         || ss->ply >= MAX_PLY)
1188         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1189
1190     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1191
1192     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1193     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1194     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1195     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1196                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1197     // Transposition table lookup
1198     posKey = pos.key();
1199     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1200     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1201     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1202
1203     if (  !PvNode
1204         && ttHit
1205         && tte->depth() >= ttDepth
1206         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1207         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1208                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1209         return ttValue;
1210
1211     // Evaluate the position statically
1212     if (inCheck)
1213     {
1214         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1215         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1216     }
1217     else
1218     {
1219         if (ttHit)
1220         {
1221             // Never assume anything on values stored in TT
1222             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1223                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1224
1225             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1226             if (   ttValue != VALUE_NONE
1227                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1228                 bestValue = ttValue;
1229         }
1230         else
1231             ss->staticEval = bestValue =
1232             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1233                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1234
1235         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1236         if (bestValue >= beta)
1237         {
1238             if (!ttHit)
1239                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1240                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1241
1242             return bestValue;
1243         }
1244
1245         if (PvNode && bestValue > alpha)
1246             alpha = bestValue;
1247
1248         futilityBase = bestValue + 128;
1249     }
1250
1251     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1252     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1253     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1254     // be generated.
1255     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1256
1257     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1258     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1259     {
1260       assert(is_ok(move));
1261
1262       givesCheck = gives_check(pos, move);
1263
1264       moveCount++;
1265
1266       // Futility pruning
1267       if (   !inCheck
1268           && !givesCheck
1269           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1270           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1271       {
1272           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1273
1274           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1275
1276           if (futilityValue <= alpha)
1277           {
1278               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1279               continue;
1280           }
1281
1282           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1283           {
1284               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1285               continue;
1286           }
1287       }
1288
1289       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1290       evasionPrunable =    inCheck
1291                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1292                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1293                        && !pos.capture(move);
1294
1295       // Don't search moves with negative SEE values
1296       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1297           && !pos.see_ge(move))
1298           continue;
1299
1300       // Speculative prefetch as early as possible
1301       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1302
1303       // Check for legality just before making the move
1304       if (!pos.legal(move))
1305       {
1306           moveCount--;
1307           continue;
1308       }
1309
1310       ss->currentMove = move;
1311
1312       // Make and search the move
1313       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1314       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1315       pos.undo_move(move);
1316
1317       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1318
1319       // Check for a new best move
1320       if (value > bestValue)
1321       {
1322           bestValue = value;
1323
1324           if (value > alpha)
1325           {
1326               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1327                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1328
1329               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1330               {
1331                   alpha = value;
1332                   bestMove = move;
1333               }
1334               else // Fail high
1335               {
1336                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1337                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1338
1339                   return value;
1340               }
1341           }
1342        }
1343     }
1344
1345     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1346     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1347     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1348         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1349
1350     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1351               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1352               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1353
1354     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1355
1356     return bestValue;
1357   }
1358
1359
1360   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1361   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1362   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1363
1364   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1365
1366     assert(v != VALUE_NONE);
1367
1368     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1369           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1370   }
1371
1372
1373   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1374   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1375   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1376
1377   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1378
1379     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1380           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1381           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1382   }
1383
1384
1385   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1386
1387   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1388
1389     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1390         *pv++ = *childPv++;
1391     *pv = MOVE_NONE;
1392   }
1393
1394
1395   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1396   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1397
1398   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1399
1400     for (int i : {1, 2, 4})
1401         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1402             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1403   }
1404
1405
1406   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1407
1408   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1409                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1410
1411       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1412       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1413       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1414       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1415
1416       // Decrease all the other played capture moves
1417       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1418       {
1419           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1420           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1421           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1422       }
1423   }
1424
1425
1426   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1427
1428   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1429                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1430
1431     if (ss->killers[0] != move)
1432     {
1433         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1434         ss->killers[0] = move;
1435     }
1436
1437     Color us = pos.side_to_move();
1438     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1439     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1440     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1441
1442     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1443     {
1444         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1445         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1446     }
1447
1448     // Decrease all the other played quiet moves
1449     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1450     {
1451         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1452         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1453     }
1454   }
1455
1456   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1457   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1458
1459   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1460
1461     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1462     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1463
1464     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1465     Value topScore = rootMoves[0].score;
1466     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1467     int weakness = 120 - 2 * level;
1468     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1469
1470     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1471     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1472     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1473     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1474     {
1475         // This is our magic formula
1476         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1477                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1478
1479         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1480         {
1481             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1482             best = rootMoves[i].pv[0];
1483         }
1484     }
1485
1486     return best;
1487   }
1488
1489 } // namespace
1490
1491 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1492 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1493
1494 void MainThread::check_time() {
1495
1496   if (--callsCnt > 0)
1497       return;
1498
1499   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1500   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1501
1502   static TimePoint lastInfoTime = now();
1503
1504   int elapsed = Time.elapsed();
1505   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1506
1507   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1508   {
1509       lastInfoTime = tick;
1510       dbg_print();
1511   }
1512
1513   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1514   if (Threads.ponder)
1515       return;
1516
1517   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1518       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1519       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1520       Threads.stop = true;
1521 }
1522
1523
1524 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1525 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1526
1527 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1528
1529   std::stringstream ss;
1530   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1531   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1532   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1533   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1534   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1535   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1536
1537   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1538   {
1539       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1540
1541       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1542           continue;
1543
1544       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1545       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1546
1547       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1548       v = tb ? TB::Score : v;
1549
1550       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1551           ss << "\n";
1552
1553       ss << "info"
1554          << " depth "    << d / ONE_PLY
1555          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1556          << " multipv "  << i + 1
1557          << " score "    << UCI::value(v);
1558
1559       if (!tb && i == PVIdx)
1560           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1561
1562       ss << " nodes "    << nodesSearched
1563          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1564
1565       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1566           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1567
1568       ss << " tbhits "   << tbHits
1569          << " time "     << elapsed
1570          << " pv";
1571
1572       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1573           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1574   }
1575
1576   return ss.str();
1577 }
1578
1579
1580 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1581 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1582 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1583 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1584
1585 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1586
1587     StateInfo st;
1588     bool ttHit;
1589
1590     assert(pv.size() == 1);
1591
1592     if (!pv[0])
1593         return false;
1594
1595     pos.do_move(pv[0], st);
1596     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1597
1598     if (ttHit)
1599     {
1600         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1601         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1602             pv.push_back(m);
1603     }
1604
1605     pos.undo_move(pv[0]);
1606     return pv.size() > 1;
1607 }
1608
1609
1610 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1611
1612     RootInTB = false;
1613     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1614     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1615     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1616
1617     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1618     if (Cardinality > MaxCardinality)
1619     {
1620         Cardinality = MaxCardinality;
1621         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1622     }
1623
1624     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1625         return;
1626
1627     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1628     if (Options["MultiPV"] != 1)
1629         return;
1630
1631     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1632     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1633     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1634
1635     if (RootInTB)
1636         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1637
1638     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1639     {
1640         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1641         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1642
1643         // Only probe during search if winning
1644         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1645             Cardinality = 0;
1646     }
1647
1648     if (RootInTB && !UseRule50)
1649         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1650                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1651                                             :  VALUE_DRAW;
1652
1653     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1654     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1655     for (RootMove& rm : rootMoves)
1656         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1657 }