Assorted trivial cleanups 1/2019
[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   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands.
231
232   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
233   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
234
235   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
236   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
237   Threads.stop = true;
238
239   // Wait until all threads have finished
240   for (Thread* th : Threads)
241       if (th != this)
242           th->wait_for_search_finished();
243
244   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
245   // the available ones before exiting.
246   if (Limits.npmsec)
247       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
248
249   // Check if there are threads with a better score than main thread
250   Thread* bestThread = this;
251   if (    Options["MultiPV"] == 1
252       && !Limits.depth
253       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
254       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
255   {
256       std::map<Move, int64_t> votes;
257       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
258
259       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
260       for (Thread* th: Threads)
261           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
262
263       // Vote according to score and depth
264       for (Thread* th : Threads)
265       {
266           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
267           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
268       }
269
270       // Select best thread
271       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
272       for (Thread* th : Threads)
273           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
274           {
275               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
276               bestThread = th;
277           }
278   }
279
280   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
281
282   // Send again PV info if we have a new best thread
283   if (bestThread != this)
284       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
285
286   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
287
288   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
289       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
290
291   std::cout << sync_endl;
292 }
293
294
295 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
296 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
297 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
298
299 void Thread::search() {
300
301   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
302   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
303   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
304   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
305   Stack stack[MAX_PLY+8], *ss = stack+5;
306   Move  pv[MAX_PLY+1];
307   Value bestValue, alpha, beta, delta;
308   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
309   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
310   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
311   double timeReduction = 1.0;
312   Color us = rootPos.side_to_move();
313   bool failedLow;
314
315   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
316   for (int i = 5; i > 0; i--)
317      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
318   ss->pv = pv;
319
320   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
321   beta = VALUE_INFINITE;
322
323   if (mainThread)
324       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
325
326   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
327   Skill skill(Options["Skill Level"]);
328
329   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
330   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
331   if (skill.enabled())
332       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
333
334   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
335
336   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
337
338   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
339   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
340       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
341           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
342           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
343           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
344           : ct;
345
346   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
347   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
348                           : -make_score(ct, ct / 2));
349
350   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
351   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
352          && !Threads.stop
353          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
354   {
355       // Distribute search depths across the helper threads
356       if (idx > 0)
357       {
358           int i = (idx - 1) % 20;
359           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
360               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
361       }
362
363       // Age out PV variability metric
364       if (mainThread)
365           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
366
367       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
368       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
369       for (RootMove& rm : rootMoves)
370           rm.previousScore = rm.score;
371
372       size_t pvFirst = 0;
373       pvLast = 0;
374
375       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
376       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
377       {
378           if (pvIdx == pvLast)
379           {
380               pvFirst = pvLast;
381               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
382                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
383                       break;
384           }
385
386           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
387           selDepth = 0;
388
389           // Reset aspiration window starting size
390           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
391           {
392               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
393               delta = Value(20);
394               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
395               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
396
397               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
398               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
399
400               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
401                                       : -make_score(dct, dct / 2));
402           }
403
404           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
405           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
406           // high/low anymore.
407           int failedHighCnt = 0;
408           while (true)
409           {
410               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
411               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
412
413               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
414               // is done with a stable algorithm because all the values but the
415               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
416               // and we want to keep the same order for all the moves except the
417               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
418               // search the already searched PV lines are preserved.
419               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
420
421               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
422               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
423               // the previous iteration.
424               if (Threads.stop)
425                   break;
426
427               // When failing high/low give some update (without cluttering
428               // the UI) before a re-search.
429               if (   mainThread
430                   && multiPV == 1
431                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
432                   && Time.elapsed() > 3000)
433                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434
435               // In case of failing low/high increase aspiration window and
436               // re-search, otherwise exit the loop.
437               if (bestValue <= alpha)
438               {
439                   beta = (alpha + beta) / 2;
440                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
441
442                   if (mainThread)
443                   {
444                       failedHighCnt = 0;
445                       failedLow = true;
446                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
447                   }
448               }
449               else if (bestValue >= beta)
450               {
451                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
452                   if (mainThread)
453                       ++failedHighCnt;
454               }
455               else
456                   break;
457
458               delta += delta / 4 + 5;
459
460               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
461           }
462
463           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
464           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
465
466           if (    mainThread
467               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
468               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
469       }
470
471       if (!Threads.stop)
472           completedDepth = rootDepth;
473
474       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
475          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
476          lastBestMoveDepth = rootDepth;
477       }
478
479       // Have we found a "mate in x"?
480       if (   Limits.mate
481           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
482           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
483           Threads.stop = true;
484
485       if (!mainThread)
486           continue;
487
488       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
489       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
490           skill.pick_best(multiPV);
491
492       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
493       if (    Limits.use_time_management()
494           && !Threads.stop
495           && !mainThread->stopOnPonderhit)
496       {
497           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
498           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
499
500           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
501           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
502
503           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
504           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
505           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
506
507           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
508           if (   rootMoves.size() == 1
509               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
510           {
511               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
512               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
513               if (mainThread->ponder)
514                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
515               else
516                   Threads.stop = true;
517           }
518       }
519   }
520
521   if (!mainThread)
522       return;
523
524   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
525
526   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
527   if (skill.enabled())
528       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
529                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
530 }
531
532
533 namespace {
534
535   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
536
537   template <NodeType NT>
538   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
539
540     constexpr bool PvNode = NT == PV;
541     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
542
543     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
544     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
545     if (   pos.rule50_count() >= 3
546         && alpha < VALUE_DRAW
547         && !rootNode
548         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
549     {
550         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
551         if (alpha >= beta)
552             return alpha;
553     }
554
555     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
556     if (depth < ONE_PLY)
557         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
558
559     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
560     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
561     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
562     assert(!(PvNode && cutNode));
563     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
564
565     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
566     StateInfo st;
567     TTEntry* tte;
568     Key posKey;
569     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
570     Depth extension, newDepth;
571     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
572     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
573     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
574     Piece movedPiece;
575     int moveCount, captureCount, quietCount;
576
577     // Step 1. Initialize node
578     Thread* thisThread = pos.this_thread();
579     inCheck = pos.checkers();
580     Color us = pos.side_to_move();
581     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
582     bestValue = -VALUE_INFINITE;
583     maxValue = VALUE_INFINITE;
584
585     // Check for the available remaining time
586     if (thisThread == Threads.main())
587         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
588
589     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
590     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
591         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
592
593     if (!rootNode)
594     {
595         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
596         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
597             || pos.is_draw(ss->ply)
598             || ss->ply >= MAX_PLY)
599             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
600                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
601
602         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
603         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
604         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
605         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
606         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
607         // mate. In this case return a fail-high score.
608         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
609         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
610         if (alpha >= beta)
611             return alpha;
612     }
613
614     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
615
616     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
617     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
618     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
619     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
620     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
621
622     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
623     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
624     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
625     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
626     // LMR which are based on the statScore of parent position.
627     (ss+2)->statScore = 0;
628
629     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
630     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
631     // position key in case of an excluded move.
632     excludedMove = ss->excludedMove;
633     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
634     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
635     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
636     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
637             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
638     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
639
640     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
641     if (  !PvNode
642         && ttHit
643         && tte->depth() >= depth
644         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
645         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
646                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
647     {
648         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
649         if (ttMove)
650         {
651             if (ttValue >= beta)
652             {
653                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
654                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
655
656                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
657                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
658                      && !pos.captured_piece())
659                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
660             }
661             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
662             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
663             {
664                 int penalty = -stat_bonus(depth);
665                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
666                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
667             }
668         }
669         return ttValue;
670     }
671
672     // Step 5. Tablebases probe
673     if (!rootNode && TB::Cardinality)
674     {
675         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
676
677         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
678             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
679             &&  pos.rule50_count() == 0
680             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
681         {
682             TB::ProbeState err;
683             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
684
685             // Force check of time on the next occasion
686             if (thisThread == Threads.main())
687                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
688
689             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
690             {
691                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
692
693                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
694
695                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
696                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
697                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
698
699                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
700                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
701
702                 if (    b == BOUND_EXACT
703                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
704                 {
705                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
706                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
707                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
708
709                     return value;
710                 }
711
712                 if (PvNode)
713                 {
714                     if (b == BOUND_LOWER)
715                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
716                     else
717                         maxValue = value;
718                 }
719             }
720         }
721     }
722
723     // Step 6. Static evaluation of the position
724     if (inCheck)
725     {
726         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
727         improving = false;
728         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
729     }
730     else if (ttHit)
731     {
732         // Never assume anything on values stored in TT
733         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
734         if (eval == VALUE_NONE)
735             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
736
737         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
738         if (    ttValue != VALUE_NONE
739             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
740             eval = ttValue;
741     }
742     else
743     {
744         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
745         {
746             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
747
748             pureStaticEval = evaluate(pos);
749             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
750         }
751         else
752             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
753
754         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
755     }
756
757     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
758     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
759         &&  depth < 2 * ONE_PLY
760         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
761         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
762
763     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
764                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
765
766     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
767     if (   !PvNode
768         &&  depth < 7 * ONE_PLY
769         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
770         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
771         return eval;
772
773     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
774     if (   !PvNode
775         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
776         && (ss-1)->statScore < 23200
777         &&  eval >= beta
778         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
779         && !excludedMove
780         &&  pos.non_pawn_material(us)
781         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
782     {
783         assert(eval - beta >= 0);
784
785         // Null move dynamic reduction based on depth and value
786         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
787
788         ss->currentMove = MOVE_NULL;
789         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
790
791         pos.do_null_move(st);
792
793         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
794
795         pos.undo_null_move();
796
797         if (nullValue >= beta)
798         {
799             // Do not return unproven mate scores
800             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
801                 nullValue = beta;
802
803             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
804                 return nullValue;
805
806             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
807
808             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
809             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
810             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
811             thisThread->nmpColor = us;
812
813             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
814
815             thisThread->nmpMinPly = 0;
816
817             if (v >= beta)
818                 return nullValue;
819         }
820     }
821
822     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
823     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
824     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
825     if (   !PvNode
826         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
827         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
828     {
829         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
830         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
831         int probCutCount = 0;
832
833         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
834                && probCutCount < 3)
835             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
836             {
837                 probCutCount++;
838
839                 ss->currentMove = move;
840                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
841
842                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
843
844                 pos.do_move(move, st);
845
846                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
847                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
848
849                 // If the qsearch held perform the regular search
850                 if (value >= raisedBeta)
851                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
852
853                 pos.undo_move(move);
854
855                 if (value >= raisedBeta)
856                     return value;
857             }
858     }
859
860     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
861     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
862         && !ttMove)
863     {
864         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
865
866         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
867         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
868         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
869     }
870
871 moves_loop: // When in check, search starts from here
872
873     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
874     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
875
876     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
877                                       &thisThread->captureHistory,
878                                       contHist,
879                                       countermove,
880                                       ss->killers);
881     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
882
883     skipQuiets = false;
884     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
885
886     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
887     // or a beta cutoff occurs.
888     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
889     {
890       assert(is_ok(move));
891
892       if (move == excludedMove)
893           continue;
894
895       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
896       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
897       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
898       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
899       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
900                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
901           continue;
902
903       ss->moveCount = ++moveCount;
904
905       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
906           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
907                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
908                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
909       if (PvNode)
910           (ss+1)->pv = nullptr;
911
912       extension = DEPTH_ZERO;
913       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
914       movedPiece = pos.moved_piece(move);
915       givesCheck = gives_check(pos, move);
916
917       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
918                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
919
920       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
921
922       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
923       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
924       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
925       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
926       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
927       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
928           &&  move == ttMove
929           && !rootNode
930           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
931           &&  ttValue != VALUE_NONE
932           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
933           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
934           &&  pos.legal(move))
935       {
936           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
937           ss->excludedMove = move;
938           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
939           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
940
941           if (value < singularBeta)
942               extension = ONE_PLY;
943
944           // Multi-cut pruning
945           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
946           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
947           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
948           // the hard beta bound.
949           else if (cutNode && singularBeta > beta)
950               return beta;
951       }
952
953       // Check extension (~2 Elo)
954       else if (    givesCheck
955                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
956           extension = ONE_PLY;
957
958       // Castling extension
959       else if (type_of(move) == CASTLING)
960           extension = ONE_PLY;
961
962       // Calculate new depth for this move
963       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
964
965       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
966       if (  !rootNode
967           && pos.non_pawn_material(us)
968           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
969       {
970           if (   !captureOrPromotion
971               && !givesCheck
972               && !pos.advanced_pawn_push(move))
973           {
974               // Move count based pruning (~30 Elo)
975               if (moveCountPruning)
976               {
977                   skipQuiets = true;
978                   continue;
979               }
980
981               // Reduced depth of the next LMR search
982               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
983
984               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
985               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
986                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
987                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
988                   continue;
989
990               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
991               if (   lmrDepth < 7
992                   && !inCheck
993                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
994                   continue;
995
996               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
997               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
998                   continue;
999           }
1000           else if (   !extension // (~20 Elo)
1001                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
1002                   continue;
1003       }
1004
1005       // Speculative prefetch as early as possible
1006       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1007
1008       // Check for legality just before making the move
1009       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1010       {
1011           ss->moveCount = --moveCount;
1012           continue;
1013       }
1014
1015       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1016       ss->currentMove = move;
1017       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1018
1019       // Step 15. Make the move
1020       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1021
1022       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1023       // re-searched at full depth.
1024       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1025           &&  moveCount > 1
1026           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1027       {
1028           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1029
1030           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1031           if (ttPv)
1032               r -= ONE_PLY;
1033
1034           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1035           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1036               r -= ONE_PLY;
1037
1038           if (!captureOrPromotion)
1039           {
1040               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1041               if (ttCapture)
1042                   r += ONE_PLY;
1043
1044               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1045               if (cutNode)
1046                   r += 2 * ONE_PLY;
1047
1048               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1049               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1050               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1051               else if (    type_of(move) == NORMAL
1052                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1053                   r -= 2 * ONE_PLY;
1054
1055               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1056                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1057                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1058                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1059                              - 4000;
1060
1061               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1062               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1063                   r -= ONE_PLY;
1064
1065               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1066                   r += ONE_PLY;
1067
1068               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1069               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1070           }
1071
1072           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1073
1074           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1075
1076           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1077       }
1078       else
1079           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1080
1081       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1082       if (doFullDepthSearch)
1083           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1084
1085       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1086       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1087       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1088       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1089       {
1090           (ss+1)->pv = pv;
1091           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1092
1093           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1094       }
1095
1096       // Step 18. Undo move
1097       pos.undo_move(move);
1098
1099       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1100
1101       // Step 19. Check for a new best move
1102       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1103       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1104       // updating best move, PV and TT.
1105       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1106           return VALUE_ZERO;
1107
1108       if (rootNode)
1109       {
1110           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1111                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1112
1113           // PV move or new best move?
1114           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1115           {
1116               rm.score = value;
1117               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1118               rm.pv.resize(1);
1119
1120               assert((ss+1)->pv);
1121
1122               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1123                   rm.pv.push_back(*m);
1124
1125               // We record how often the best move has been changed in each
1126               // iteration. This information is used for time management: When
1127               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1128               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1129                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1130           }
1131           else
1132               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1133               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1134               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1135               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1136       }
1137
1138       if (value > bestValue)
1139       {
1140           bestValue = value;
1141
1142           if (value > alpha)
1143           {
1144               bestMove = move;
1145
1146               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1147                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1148
1149               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1150                   alpha = value;
1151               else
1152               {
1153                   assert(value >= beta); // Fail high
1154                   ss->statScore = 0;
1155                   break;
1156               }
1157           }
1158       }
1159
1160       if (move != bestMove)
1161       {
1162           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1163               capturesSearched[captureCount++] = move;
1164
1165           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1166               quietsSearched[quietCount++] = move;
1167       }
1168     }
1169
1170     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1171     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1172     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1173     /*
1174        if (Threads.stop)
1175         return VALUE_DRAW;
1176     */
1177
1178     // Step 20. Check for mate and stalemate
1179     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1180     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1181     // return a fail low score.
1182
1183     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1184
1185     if (!moveCount)
1186         bestValue = excludedMove ? alpha
1187                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1188     else if (bestMove)
1189     {
1190         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1191         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1192             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1193                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1194
1195         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1196
1197         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1198         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1199             && !pos.captured_piece())
1200                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1201
1202     }
1203     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1204     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1205              && !pos.captured_piece())
1206         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1207
1208     if (PvNode)
1209         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1210
1211     if (!excludedMove)
1212         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1213                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1214                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1215                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1216
1217     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1218
1219     return bestValue;
1220   }
1221
1222
1223   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1224   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1225   template <NodeType NT>
1226   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1227
1228     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1229
1230     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1231     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1232     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1233     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1234
1235     Move pv[MAX_PLY+1];
1236     StateInfo st;
1237     TTEntry* tte;
1238     Key posKey;
1239     Move ttMove, move, bestMove;
1240     Depth ttDepth;
1241     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1242     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1243     int moveCount;
1244
1245     if (PvNode)
1246     {
1247         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1248         (ss+1)->pv = pv;
1249         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1250     }
1251
1252     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1253     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1254     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1255     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1256     inCheck = pos.checkers();
1257     moveCount = 0;
1258
1259     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1260     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1261         || ss->ply >= MAX_PLY)
1262         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1263
1264     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1265
1266     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1267     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1268     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1269     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1270                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1271     // Transposition table lookup
1272     posKey = pos.key();
1273     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1274     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1275     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1276     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1277
1278     if (  !PvNode
1279         && ttHit
1280         && tte->depth() >= ttDepth
1281         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1282         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1283                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1284         return ttValue;
1285
1286     // Evaluate the position statically
1287     if (inCheck)
1288     {
1289         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1290         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1291     }
1292     else
1293     {
1294         if (ttHit)
1295         {
1296             // Never assume anything on values stored in TT
1297             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1298                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1299
1300             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1301             if (    ttValue != VALUE_NONE
1302                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1303                 bestValue = ttValue;
1304         }
1305         else
1306             ss->staticEval = bestValue =
1307             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1308                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1309
1310         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1311         if (bestValue >= beta)
1312         {
1313             if (!ttHit)
1314                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1315                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1316
1317             return bestValue;
1318         }
1319
1320         if (PvNode && bestValue > alpha)
1321             alpha = bestValue;
1322
1323         futilityBase = bestValue + 128;
1324     }
1325
1326     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1327
1328     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1329     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1330     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1331     // be generated.
1332     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1333                                       &thisThread->captureHistory,
1334                                       contHist,
1335                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1336
1337     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1338     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1339     {
1340       assert(is_ok(move));
1341
1342       givesCheck = gives_check(pos, move);
1343
1344       moveCount++;
1345
1346       // Futility pruning
1347       if (   !inCheck
1348           && !givesCheck
1349           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1350           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1351       {
1352           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1353
1354           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1355
1356           if (futilityValue <= alpha)
1357           {
1358               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1359               continue;
1360           }
1361
1362           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1363           {
1364               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1365               continue;
1366           }
1367       }
1368
1369       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1370       evasionPrunable =    inCheck
1371                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1372                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1373                        && !pos.capture(move);
1374
1375       // Don't search moves with negative SEE values
1376       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1377           && !pos.see_ge(move))
1378           continue;
1379
1380       // Speculative prefetch as early as possible
1381       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1382
1383       // Check for legality just before making the move
1384       if (!pos.legal(move))
1385       {
1386           moveCount--;
1387           continue;
1388       }
1389
1390       ss->currentMove = move;
1391       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1392
1393       // Make and search the move
1394       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1395       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1396       pos.undo_move(move);
1397
1398       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1399
1400       // Check for a new best move
1401       if (value > bestValue)
1402       {
1403           bestValue = value;
1404
1405           if (value > alpha)
1406           {
1407               bestMove = move;
1408
1409               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1410                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1411
1412               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1413                   alpha = value;
1414               else
1415                   break; // Fail high
1416           }
1417        }
1418     }
1419
1420     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1421     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1422     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1423         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1424
1425     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1426               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1427               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1428               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1429
1430     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1431
1432     return bestValue;
1433   }
1434
1435
1436   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1437   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1438   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1439
1440   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1441
1442     assert(v != VALUE_NONE);
1443
1444     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1445           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1446   }
1447
1448
1449   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1450   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1451   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1452
1453   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1454
1455     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1456           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1457           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1458   }
1459
1460
1461   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1462
1463   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1464
1465     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1466         *pv++ = *childPv++;
1467     *pv = MOVE_NONE;
1468   }
1469
1470
1471   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1472   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1473
1474   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1475
1476     for (int i : {1, 2, 4})
1477         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1478             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1479   }
1480
1481
1482   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1483
1484   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1485                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1486
1487       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1488       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1489       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1490
1491       if (pos.capture_or_promotion(move))
1492           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1493
1494       // Decrease all the other played capture moves
1495       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1496       {
1497           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1498           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1499           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1500       }
1501   }
1502
1503
1504   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1505
1506   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1507                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1508
1509     if (ss->killers[0] != move)
1510     {
1511         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1512         ss->killers[0] = move;
1513     }
1514
1515     Color us = pos.side_to_move();
1516     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1517     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1518     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1519
1520     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1521     {
1522         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1523         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1524     }
1525
1526     // Decrease all the other played quiet moves
1527     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1528     {
1529         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1530         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1531     }
1532   }
1533
1534   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1535   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1536
1537   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1538
1539     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1540     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1541
1542     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1543     Value topScore = rootMoves[0].score;
1544     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1545     int weakness = 120 - 2 * level;
1546     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1547
1548     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1549     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1550     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1551     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1552     {
1553         // This is our magic formula
1554         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1555                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1556
1557         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1558         {
1559             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1560             best = rootMoves[i].pv[0];
1561         }
1562     }
1563
1564     return best;
1565   }
1566
1567 } // namespace
1568
1569 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1570 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1571
1572 void MainThread::check_time() {
1573
1574   if (--callsCnt > 0)
1575       return;
1576
1577   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1578   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1579
1580   static TimePoint lastInfoTime = now();
1581
1582   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1583   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1584
1585   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1586   {
1587       lastInfoTime = tick;
1588       dbg_print();
1589   }
1590
1591   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1592   if (ponder)
1593       return;
1594
1595   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1596       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1597       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1598       Threads.stop = true;
1599 }
1600
1601
1602 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1603 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1604
1605 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1606
1607   std::stringstream ss;
1608   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1609   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1610   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1611   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1612   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1613   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1614
1615   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1616   {
1617       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1618
1619       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1620           continue;
1621
1622       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1623       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1624
1625       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1626       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1627
1628       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1629           ss << "\n";
1630
1631       ss << "info"
1632          << " depth "    << d / ONE_PLY
1633          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1634          << " multipv "  << i + 1
1635          << " score "    << UCI::value(v);
1636
1637       if (!tb && i == pvIdx)
1638           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1639
1640       ss << " nodes "    << nodesSearched
1641          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1642
1643       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1644           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1645
1646       ss << " tbhits "   << tbHits
1647          << " time "     << elapsed
1648          << " pv";
1649
1650       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1651           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1652   }
1653
1654   return ss.str();
1655 }
1656
1657
1658 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1659 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1660 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1661 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1662
1663 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1664
1665     StateInfo st;
1666     bool ttHit;
1667
1668     assert(pv.size() == 1);
1669
1670     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1671         return false;
1672
1673     pos.do_move(pv[0], st);
1674     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1675
1676     if (ttHit)
1677     {
1678         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1679         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1680             pv.push_back(m);
1681     }
1682
1683     pos.undo_move(pv[0]);
1684     return pv.size() > 1;
1685 }
1686
1687 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1688
1689     RootInTB = false;
1690     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1691     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1692     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1693     bool dtz_available = true;
1694
1695     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1696     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1697     if (Cardinality > MaxCardinality)
1698     {
1699         Cardinality = MaxCardinality;
1700         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1701     }
1702
1703     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1704     {
1705         // Rank moves using DTZ tables
1706         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1707
1708         if (!RootInTB)
1709         {
1710             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1711             dtz_available = false;
1712             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1713         }
1714     }
1715
1716     if (RootInTB)
1717     {
1718         // Sort moves according to TB rank
1719         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1720                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1721
1722         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1723         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1724             Cardinality = 0;
1725     }
1726     else
1727     {
1728         // Assign the same rank to all moves
1729         for (auto& m : rootMoves)
1730             m.tbRank = 0;
1731     }
1732 }