Skip skipping thread scheme (#1972)
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 600;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
72
73   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
75     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 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 i = 1; i < 64; ++i)
160       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
161 }
162
163
164 /// Search::clear() resets search state to its initial value
165
166 void Search::clear() {
167
168   Threads.main()->wait_for_search_finished();
169
170   Time.availableNodes = 0;
171   TT.clear();
172   Threads.clear();
173   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
174 }
175
176
177 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
178 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
179
180 void MainThread::search() {
181
182   if (Limits.perft)
183   {
184       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
185       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
186       return;
187   }
188
189   Color us = rootPos.side_to_move();
190   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
191   TT.new_search();
192
193   if (rootMoves.empty())
194   {
195       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
196       sync_cout << "info depth 0 score "
197                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
198                 << sync_endl;
199   }
200   else
201   {
202       for (Thread* th : Threads)
203           if (th != this)
204               th->start_searching();
205
206       Thread::search(); // Let's start searching!
207   }
208
209   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
210   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
211   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
212   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
213   // until the GUI sends one of those commands.
214
215   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
216   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
217
218   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
219   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
220   Threads.stop = true;
221
222   // Wait until all threads have finished
223   for (Thread* th : Threads)
224       if (th != this)
225           th->wait_for_search_finished();
226
227   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
228   // the available ones before exiting.
229   if (Limits.npmsec)
230       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
231
232   // Check if there are threads with a better score than main thread
233   Thread* bestThread = this;
234   if (    Options["MultiPV"] == 1
235       && !Limits.depth
236       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
237       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
238   {
239       std::map<Move, int64_t> votes;
240       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
241
242       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
243       for (Thread* th: Threads)
244           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
245
246       // Vote according to score and depth
247       for (Thread* th : Threads)
248       {
249           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
250           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
251       }
252
253       // Select best thread
254       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
255       for (Thread* th : Threads)
256           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
257           {
258               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
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   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
285   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
286   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
287   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
288   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
289   Move  pv[MAX_PLY+1];
290   Value bestValue, alpha, beta, delta;
291   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
292   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
293   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
294   double timeReduction = 1.0;
295   Color us = rootPos.side_to_move();
296
297   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
298   for (int i = 7; i > 0; i--)
299      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
300   ss->pv = pv;
301
302   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
303   beta = VALUE_INFINITE;
304
305   if (mainThread)
306       mainThread->bestMoveChanges = 0;
307
308   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
309   Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
312   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313   if (skill.enabled())
314       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
315
316   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
317
318   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
319
320   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
321   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
322       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
323           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
324           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
325           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
326           : ct;
327
328   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
329   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
330                           : -make_score(ct, ct / 2));
331
332   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
333   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
334          && !Threads.stop
335          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
336   {
337       // Age out PV variability metric
338       if (mainThread)
339           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517;
340
341       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
342       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
343       for (RootMove& rm : rootMoves)
344           rm.previousScore = rm.score;
345
346       size_t pvFirst = 0;
347       pvLast = 0;
348
349       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
350       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
351       {
352           if (pvIdx == pvLast)
353           {
354               pvFirst = pvLast;
355               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
356                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
357                       break;
358           }
359
360           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
361           selDepth = 0;
362
363           // Reset aspiration window starting size
364           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
365           {
366               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
367               delta = Value(20);
368               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
369               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
370
371               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
372               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
373
374               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
375                                       : -make_score(dct, dct / 2));
376           }
377
378           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
379           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
380           // high/low anymore.
381           int failedHighCnt = 0;
382           while (true)
383           {
384               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
385               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
386
387               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
388               // is done with a stable algorithm because all the values but the
389               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
390               // and we want to keep the same order for all the moves except the
391               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
392               // search the already searched PV lines are preserved.
393               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
394
395               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
396               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
397               // the previous iteration.
398               if (Threads.stop)
399                   break;
400
401               // When failing high/low give some update (without cluttering
402               // the UI) before a re-search.
403               if (   mainThread
404                   && multiPV == 1
405                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
406                   && Time.elapsed() > 3000)
407                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
408
409               // In case of failing low/high increase aspiration window and
410               // re-search, otherwise exit the loop.
411               if (bestValue <= alpha)
412               {
413                   beta = (alpha + beta) / 2;
414                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
415
416                   if (mainThread)
417                   {
418                       failedHighCnt = 0;
419                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
420                   }
421               }
422               else if (bestValue >= beta)
423               {
424                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
425                   if (mainThread)
426                       ++failedHighCnt;
427               }
428               else
429                   break;
430
431               delta += delta / 4 + 5;
432
433               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
434           }
435
436           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
437           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
438
439           if (    mainThread
440               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
441               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
442       }
443
444       if (!Threads.stop)
445           completedDepth = rootDepth;
446
447       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
448          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
449          lastBestMoveDepth = rootDepth;
450       }
451
452       // Have we found a "mate in x"?
453       if (   Limits.mate
454           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
455           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
456           Threads.stop = true;
457
458       if (!mainThread)
459           continue;
460
461       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
462       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
463           skill.pick_best(multiPV);
464
465       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
466       if (    Limits.use_time_management()
467           && !Threads.stop
468           && !mainThread->stopOnPonderhit)
469       {
470           double fallingEval = (306 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
471           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
472
473           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
474           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
475           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
476
477           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
478           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
479
480           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
481           if (   rootMoves.size() == 1
482               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
483           {
484               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
485               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
486               if (mainThread->ponder)
487                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
488               else
489                   Threads.stop = true;
490           }
491       }
492   }
493
494   if (!mainThread)
495       return;
496
497   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
498
499   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
500   if (skill.enabled())
501       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
502                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
503 }
504
505
506 namespace {
507
508   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
509
510   template <NodeType NT>
511   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
512
513     constexpr bool PvNode = NT == PV;
514     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
515
516     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
517     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
518     if (   pos.rule50_count() >= 3
519         && alpha < VALUE_DRAW
520         && !rootNode
521         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
522     {
523         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
524         if (alpha >= beta)
525             return alpha;
526     }
527
528     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
529     if (depth < ONE_PLY)
530         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
531
532     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
533     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
534     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
535     assert(!(PvNode && cutNode));
536     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
537
538     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
539     StateInfo st;
540     TTEntry* tte;
541     Key posKey;
542     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
543     Depth extension, newDepth;
544     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
545     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
546     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
547     Piece movedPiece;
548     int moveCount, captureCount, quietCount;
549
550     // Step 1. Initialize node
551     Thread* thisThread = pos.this_thread();
552     inCheck = pos.checkers();
553     Color us = pos.side_to_move();
554     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
555     bestValue = -VALUE_INFINITE;
556     maxValue = VALUE_INFINITE;
557
558     // Check for the available remaining time
559     if (thisThread == Threads.main())
560         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
561
562     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
563     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
564         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
565
566     if (!rootNode)
567     {
568         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
569         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
570             || pos.is_draw(ss->ply)
571             || ss->ply >= MAX_PLY)
572             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
573                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
574
575         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
576         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
577         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
578         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
579         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
580         // mate. In this case return a fail-high score.
581         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
582         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
583         if (alpha >= beta)
584             return alpha;
585     }
586
587     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
588
589     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
590     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
591     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
592     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
593     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
594
595     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
596     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
597     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
598     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
599     // LMR which are based on the statScore of parent position.
600     (ss+2)->statScore = 0;
601
602     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
603     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
604     // position key in case of an excluded move.
605     excludedMove = ss->excludedMove;
606     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
607     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
608     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
609     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
610             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
611     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
612
613     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
614     if (  !PvNode
615         && ttHit
616         && tte->depth() >= depth
617         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
618         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
619                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
620     {
621         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
622         if (ttMove)
623         {
624             if (ttValue >= beta)
625             {
626                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
627                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
628
629                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
630                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
631                      && !pos.captured_piece())
632                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
633             }
634             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
635             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
636             {
637                 int penalty = -stat_bonus(depth);
638                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
639                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
640             }
641         }
642         return ttValue;
643     }
644
645     // Step 5. Tablebases probe
646     if (!rootNode && TB::Cardinality)
647     {
648         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
649
650         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
651             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
652             &&  pos.rule50_count() == 0
653             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
654         {
655             TB::ProbeState err;
656             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
657
658             // Force check of time on the next occasion
659             if (thisThread == Threads.main())
660                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
661
662             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
663             {
664                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
665
666                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
667
668                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
669                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
670                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
671
672                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
673                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
674
675                 if (    b == BOUND_EXACT
676                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
677                 {
678                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
679                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
680                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
681
682                     return value;
683                 }
684
685                 if (PvNode)
686                 {
687                     if (b == BOUND_LOWER)
688                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
689                     else
690                         maxValue = value;
691                 }
692             }
693         }
694     }
695
696     // Step 6. Static evaluation of the position
697     if (inCheck)
698     {
699         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
700         improving = false;
701         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
702     }
703     else if (ttHit)
704     {
705         // Never assume anything on values stored in TT
706         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
707         if (eval == VALUE_NONE)
708             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
709
710         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
711         if (    ttValue != VALUE_NONE
712             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
713             eval = ttValue;
714     }
715     else
716     {
717         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
718         {
719             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
720
721             pureStaticEval = evaluate(pos);
722             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
723         }
724         else
725             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
726
727         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
728     }
729
730     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
731     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
732         &&  depth < 2 * ONE_PLY
733         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
734         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
735
736     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
737                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
738
739     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
740     if (   !PvNode
741         &&  depth < 7 * ONE_PLY
742         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
743         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
744         return eval;
745
746     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
747     if (   !PvNode
748         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
749         && (ss-1)->statScore < 23200
750         &&  eval >= beta
751         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
752         && !excludedMove
753         &&  pos.non_pawn_material(us)
754         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
755     {
756         assert(eval - beta >= 0);
757
758         // Null move dynamic reduction based on depth and value
759         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
760
761         ss->currentMove = MOVE_NULL;
762         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
763
764         pos.do_null_move(st);
765
766         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
767
768         pos.undo_null_move();
769
770         if (nullValue >= beta)
771         {
772             // Do not return unproven mate scores
773             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
774                 nullValue = beta;
775
776             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
777                 return nullValue;
778
779             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
780
781             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
782             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
783             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
784             thisThread->nmpColor = us;
785
786             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
787
788             thisThread->nmpMinPly = 0;
789
790             if (v >= beta)
791                 return nullValue;
792         }
793     }
794
795     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
796     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
797     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
798     if (   !PvNode
799         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
800         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
801     {
802         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
803         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
804         int probCutCount = 0;
805
806         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
807                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
808             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
809             {
810                 probCutCount++;
811
812                 ss->currentMove = move;
813                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
814
815                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
816
817                 pos.do_move(move, st);
818
819                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
820                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
821
822                 // If the qsearch held, perform the regular search
823                 if (value >= raisedBeta)
824                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
825
826                 pos.undo_move(move);
827
828                 if (value >= raisedBeta)
829                     return value;
830             }
831     }
832
833     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
834     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
835         && !ttMove)
836     {
837         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
838
839         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
840         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
841         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
842     }
843
844 moves_loop: // When in check, search starts from here
845
846     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
847                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
848                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
849     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
850
851     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
852                                       &thisThread->captureHistory,
853                                       contHist,
854                                       countermove,
855                                       ss->killers);
856     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
857
858     moveCountPruning = false;
859     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
860
861     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
862     // or a beta cutoff occurs.
863     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
864     {
865       assert(is_ok(move));
866
867       if (move == excludedMove)
868           continue;
869
870       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
871       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
872       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
873       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
874       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
875                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
876           continue;
877
878       ss->moveCount = ++moveCount;
879
880       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
881           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
882                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
883                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
884       if (PvNode)
885           (ss+1)->pv = nullptr;
886
887       extension = DEPTH_ZERO;
888       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
889       movedPiece = pos.moved_piece(move);
890       givesCheck = gives_check(pos, move);
891
892       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
893
894       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
895       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
896       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
897       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
898       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
899       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
900           &&  move == ttMove
901           && !rootNode
902           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
903       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
904           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
905           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
906           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
907           &&  pos.legal(move))
908       {
909           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
910           ss->excludedMove = move;
911           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
912           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
913
914           if (value < singularBeta)
915               extension = ONE_PLY;
916
917           // Multi-cut pruning
918           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
919           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
920           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
921           // the hard beta bound.
922           else if (cutNode && singularBeta > beta)
923               return beta;
924       }
925
926       // Check extension (~2 Elo)
927       else if (    givesCheck
928                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
929           extension = ONE_PLY;
930
931       // Castling extension
932       else if (type_of(move) == CASTLING)
933           extension = ONE_PLY;
934
935       // Calculate new depth for this move
936       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
937
938       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
939       if (  !rootNode
940           && pos.non_pawn_material(us)
941           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
942       {
943           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
944           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving,depth / ONE_PLY);
945
946           if (   !captureOrPromotion
947               && !givesCheck
948               && !pos.advanced_pawn_push(move))
949           {
950               // Move count based pruning (~30 Elo)
951               if (moveCountPruning)
952                   continue;
953
954               // Reduced depth of the next LMR search
955               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
956
957               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
958               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
959                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
960                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
961                   continue;
962
963               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
964               if (   lmrDepth < 7
965                   && !inCheck
966                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
967                   continue;
968
969               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
970               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
971                   continue;
972           }
973           else if (   !extension // (~20 Elo)
974                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
975                   continue;
976       }
977
978       // Speculative prefetch as early as possible
979       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
980
981       // Check for legality just before making the move
982       if (!rootNode && !pos.legal(move))
983       {
984           ss->moveCount = --moveCount;
985           continue;
986       }
987
988       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
989       ss->currentMove = move;
990       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
991
992       // Step 15. Make the move
993       pos.do_move(move, st, givesCheck);
994
995       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
996       // re-searched at full depth.
997       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
998           &&  moveCount > 1
999           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1000       {
1001           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1002
1003           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1004           if (ttPv)
1005               r -= ONE_PLY;
1006
1007           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1008           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1009               r -= ONE_PLY;
1010
1011           if (!captureOrPromotion)
1012           {
1013               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1014               if (ttCapture)
1015                   r += ONE_PLY;
1016
1017               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1018               if (cutNode)
1019                   r += 2 * ONE_PLY;
1020
1021               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1022               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1023               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1024               else if (    type_of(move) == NORMAL
1025                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1026                   r -= 2 * ONE_PLY;
1027
1028               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1029                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1030                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1031                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1032                              - 4000;
1033
1034               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1035               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1036                   r -= ONE_PLY;
1037
1038               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1039                   r += ONE_PLY;
1040
1041               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1042               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1043           }
1044
1045           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1046
1047           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1048
1049           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1050       }
1051       else
1052           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1053
1054       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1055       if (doFullDepthSearch)
1056           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1057
1058       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1059       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1060       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1061       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1062       {
1063           (ss+1)->pv = pv;
1064           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1065
1066           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1067       }
1068
1069       // Step 18. Undo move
1070       pos.undo_move(move);
1071
1072       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1073
1074       // Step 19. Check for a new best move
1075       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1076       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1077       // updating best move, PV and TT.
1078       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1079           return VALUE_ZERO;
1080
1081       if (rootNode)
1082       {
1083           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1084                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1085
1086           // PV move or new best move?
1087           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1088           {
1089               rm.score = value;
1090               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1091               rm.pv.resize(1);
1092
1093               assert((ss+1)->pv);
1094
1095               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1096                   rm.pv.push_back(*m);
1097
1098               // We record how often the best move has been changed in each
1099               // iteration. This information is used for time management: When
1100               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1101               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1102                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1103           }
1104           else
1105               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1106               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1107               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1108               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1109       }
1110
1111       if (value > bestValue)
1112       {
1113           bestValue = value;
1114
1115           if (value > alpha)
1116           {
1117               bestMove = move;
1118
1119               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1120                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1121
1122               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1123                   alpha = value;
1124               else
1125               {
1126                   assert(value >= beta); // Fail high
1127                   ss->statScore = 0;
1128                   break;
1129               }
1130           }
1131       }
1132
1133       if (move != bestMove)
1134       {
1135           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1136               capturesSearched[captureCount++] = move;
1137
1138           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1139               quietsSearched[quietCount++] = move;
1140       }
1141     }
1142
1143     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1144     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1145     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1146     /*
1147        if (Threads.stop)
1148         return VALUE_DRAW;
1149     */
1150
1151     // Step 20. Check for mate and stalemate
1152     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1153     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1154     // return a fail low score.
1155
1156     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1157
1158     if (!moveCount)
1159         bestValue = excludedMove ? alpha
1160                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1161     else if (bestMove)
1162     {
1163         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1164         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1165             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1166                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1167
1168         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1169
1170         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1171         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1172             && !pos.captured_piece())
1173                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1174
1175     }
1176     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1177     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1178              && !pos.captured_piece())
1179         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1180
1181     if (PvNode)
1182         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1183
1184     if (!excludedMove)
1185         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1186                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1187                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1188                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1189
1190     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1191
1192     return bestValue;
1193   }
1194
1195
1196   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1197   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1198   template <NodeType NT>
1199   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1200
1201     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1202
1203     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1204     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1205     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1206     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1207
1208     Move pv[MAX_PLY+1];
1209     StateInfo st;
1210     TTEntry* tte;
1211     Key posKey;
1212     Move ttMove, move, bestMove;
1213     Depth ttDepth;
1214     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1215     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1216     int moveCount;
1217
1218     if (PvNode)
1219     {
1220         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1221         (ss+1)->pv = pv;
1222         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1223     }
1224
1225     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1226     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1227     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1228     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1229     inCheck = pos.checkers();
1230     moveCount = 0;
1231
1232     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1233     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1234         || ss->ply >= MAX_PLY)
1235         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1236
1237     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1238
1239     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1240     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1241     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1242     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1243                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1244     // Transposition table lookup
1245     posKey = pos.key();
1246     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1247     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1248     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1249     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1250
1251     if (  !PvNode
1252         && ttHit
1253         && tte->depth() >= ttDepth
1254         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1255         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1256                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1257         return ttValue;
1258
1259     // Evaluate the position statically
1260     if (inCheck)
1261     {
1262         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1263         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1264     }
1265     else
1266     {
1267         if (ttHit)
1268         {
1269             // Never assume anything on values stored in TT
1270             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1271                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1272
1273             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1274             if (    ttValue != VALUE_NONE
1275                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1276                 bestValue = ttValue;
1277         }
1278         else
1279             ss->staticEval = bestValue =
1280             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1281                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1282
1283         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1284         if (bestValue >= beta)
1285         {
1286             if (!ttHit)
1287                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1288                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1289
1290             return bestValue;
1291         }
1292
1293         if (PvNode && bestValue > alpha)
1294             alpha = bestValue;
1295
1296         futilityBase = bestValue + 128;
1297     }
1298
1299     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1300                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1301                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1302
1303     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1304     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1305     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1306     // be generated.
1307     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1308                                       &thisThread->captureHistory,
1309                                       contHist,
1310                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1311
1312     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1313     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1314     {
1315       assert(is_ok(move));
1316
1317       givesCheck = gives_check(pos, move);
1318
1319       moveCount++;
1320
1321       // Futility pruning
1322       if (   !inCheck
1323           && !givesCheck
1324           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1325           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1326       {
1327           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1328
1329           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1330
1331           if (futilityValue <= alpha)
1332           {
1333               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1334               continue;
1335           }
1336
1337           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1338           {
1339               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1340               continue;
1341           }
1342       }
1343
1344       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1345       evasionPrunable =    inCheck
1346                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1347                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1348                        && !pos.capture(move);
1349
1350       // Don't search moves with negative SEE values
1351       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1352           && !pos.see_ge(move))
1353           continue;
1354
1355       // Speculative prefetch as early as possible
1356       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1357
1358       // Check for legality just before making the move
1359       if (!pos.legal(move))
1360       {
1361           moveCount--;
1362           continue;
1363       }
1364
1365       ss->currentMove = move;
1366       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1367
1368       // Make and search the move
1369       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1370       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1371       pos.undo_move(move);
1372
1373       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1374
1375       // Check for a new best move
1376       if (value > bestValue)
1377       {
1378           bestValue = value;
1379
1380           if (value > alpha)
1381           {
1382               bestMove = move;
1383
1384               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1385                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1386
1387               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1388                   alpha = value;
1389               else
1390                   break; // Fail high
1391           }
1392        }
1393     }
1394
1395     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1396     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1397     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1398         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1399
1400     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1401               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1402               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1403               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1404
1405     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1406
1407     return bestValue;
1408   }
1409
1410
1411   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1412   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1413   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1414
1415   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1416
1417     assert(v != VALUE_NONE);
1418
1419     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1420           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1421   }
1422
1423
1424   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1425   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1426   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1427
1428   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1429
1430     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1431           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1432           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1433   }
1434
1435
1436   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1437
1438   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1439
1440     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1441         *pv++ = *childPv++;
1442     *pv = MOVE_NONE;
1443   }
1444
1445
1446   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1447   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1448
1449   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1450
1451     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1452         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1453             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1454   }
1455
1456
1457   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1458
1459   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1460                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1461
1462       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1463       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1464       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1465
1466       if (pos.capture_or_promotion(move))
1467           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1468
1469       // Decrease all the other played capture moves
1470       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1471       {
1472           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1473           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1474           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1475       }
1476   }
1477
1478
1479   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1480
1481   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1482                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1483
1484     if (ss->killers[0] != move)
1485     {
1486         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1487         ss->killers[0] = move;
1488     }
1489
1490     Color us = pos.side_to_move();
1491     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1492     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1493     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1494
1495     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1496     {
1497         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1498         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1499     }
1500
1501     // Decrease all the other played quiet moves
1502     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1503     {
1504         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1505         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1506     }
1507   }
1508
1509   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1510   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1511
1512   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1513
1514     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1515     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1516
1517     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1518     Value topScore = rootMoves[0].score;
1519     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1520     int weakness = 120 - 2 * level;
1521     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1522
1523     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1524     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1525     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1526     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1527     {
1528         // This is our magic formula
1529         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1530                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1531
1532         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1533         {
1534             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1535             best = rootMoves[i].pv[0];
1536         }
1537     }
1538
1539     return best;
1540   }
1541
1542 } // namespace
1543
1544 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1545 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1546
1547 void MainThread::check_time() {
1548
1549   if (--callsCnt > 0)
1550       return;
1551
1552   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1553   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1554
1555   static TimePoint lastInfoTime = now();
1556
1557   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1558   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1559
1560   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1561   {
1562       lastInfoTime = tick;
1563       dbg_print();
1564   }
1565
1566   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1567   if (ponder)
1568       return;
1569
1570   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1571       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1572       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1573       Threads.stop = true;
1574 }
1575
1576
1577 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1578 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1579
1580 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1581
1582   std::stringstream ss;
1583   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1584   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1585   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1586   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1587   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1588   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1589
1590   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1591   {
1592       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1593
1594       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1595           continue;
1596
1597       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1598       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1599
1600       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1601       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1602
1603       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1604           ss << "\n";
1605
1606       ss << "info"
1607          << " depth "    << d / ONE_PLY
1608          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1609          << " multipv "  << i + 1
1610          << " score "    << UCI::value(v);
1611
1612       if (!tb && i == pvIdx)
1613           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1614
1615       ss << " nodes "    << nodesSearched
1616          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1617
1618       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1619           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1620
1621       ss << " tbhits "   << tbHits
1622          << " time "     << elapsed
1623          << " pv";
1624
1625       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1626           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1627   }
1628
1629   return ss.str();
1630 }
1631
1632
1633 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1634 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1635 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1636 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1637
1638 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1639
1640     StateInfo st;
1641     bool ttHit;
1642
1643     assert(pv.size() == 1);
1644
1645     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1646         return false;
1647
1648     pos.do_move(pv[0], st);
1649     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1650
1651     if (ttHit)
1652     {
1653         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1654         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1655             pv.push_back(m);
1656     }
1657
1658     pos.undo_move(pv[0]);
1659     return pv.size() > 1;
1660 }
1661
1662 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1663
1664     RootInTB = false;
1665     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1666     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1667     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1668     bool dtz_available = true;
1669
1670     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1671     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1672     if (Cardinality > MaxCardinality)
1673     {
1674         Cardinality = MaxCardinality;
1675         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1676     }
1677
1678     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1679     {
1680         // Rank moves using DTZ tables
1681         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1682
1683         if (!RootInTB)
1684         {
1685             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1686             dtz_available = false;
1687             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1688         }
1689     }
1690
1691     if (RootInTB)
1692     {
1693         // Sort moves according to TB rank
1694         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1695                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1696
1697         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1698         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1699             Cardinality = 0;
1700     }
1701     else
1702     {
1703         // Assign the same rank to all moves
1704         for (auto& m : rootMoves)
1705             m.tbRank = 0;
1706     }
1707 }