Misc coding style fixes
[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) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
67   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
68   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
69
70   // Razoring and futility margin based on depth
71   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
72   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
73   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
74
75   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
76   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
77   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
78
79   // Threshold used for countermoves based pruning
80   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
81
82   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
84   }
85
86   // History and stats update bonus, based on depth
87   int stat_bonus(Depth depth) {
88     int d = depth / ONE_PLY;
89     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
90   }
91
92   // Skill structure is used to implement strength limit
93   struct Skill {
94     Skill(int l) : level(l) {}
95     bool enabled() const { return level < 20; }
96     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
97     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
105   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
106   struct EasyMoveManager {
107
108     void clear() {
109       stableCnt = 0;
110       expectedPosKey = 0;
111       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
112     }
113
114     Move get(Key key) const {
115       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
116     }
117
118     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
119
120       assert(newPv.size() >= 3);
121
122       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
123       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
124
125       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
126       {
127           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
128
129           StateInfo st[2];
130           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
131           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
132           expectedPosKey = pos.key();
133           pos.undo_move(newPv[1]);
134           pos.undo_move(newPv[0]);
135       }
136     }
137
138     int stableCnt;
139     Key expectedPosKey;
140     Move pv[3];
141   };
142
143   EasyMoveManager EasyMove;
144   Value DrawValue[COLOR_NB];
145
146   template <NodeType NT>
147   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
148
149   template <NodeType NT, bool InCheck>
150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
151
152   Value value_to_tt(Value v, int ply);
153   Value value_from_tt(Value v, int ply);
154   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
155   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
156   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
157   void check_time();
158
159 } // namespace
160
161
162 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
163
164 void Search::init() {
165
166   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
167       for (int d = 1; d < 64; ++d)
168           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
169           {
170               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
171
172               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
173               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
174
175               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
176               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
177                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
178           }
179
180   for (int d = 0; d < 16; ++d)
181   {
182       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
183       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
184   }
185 }
186
187
188 /// Search::clear() resets search state to its initial value, to obtain reproducible results
189
190 void Search::clear() {
191
192   TT.clear();
193
194   for (Thread* th : Threads)
195   {
196       th->resetCalls = true;
197       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
198       th->history.fill(0);
199
200       for (auto& to : th->counterMoveHistory)
201           for (auto& h : to)
202               h.fill(0);
203
204       th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
205   }
206
207   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
208 }
209
210
211 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
212 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
213 template<bool Root>
214 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
215
216   StateInfo st;
217   uint64_t cnt, nodes = 0;
218   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
219
220   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
221   {
222       if (Root && depth <= ONE_PLY)
223           cnt = 1, nodes++;
224       else
225       {
226           pos.do_move(m, st);
227           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
228           nodes += cnt;
229           pos.undo_move(m);
230       }
231       if (Root)
232           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
233   }
234   return nodes;
235 }
236
237 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
238
239
240 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
241 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
242
243 void MainThread::search() {
244
245   Color us = rootPos.side_to_move();
246   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
247   TT.new_search();
248
249   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
250   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
251   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
252
253   if (rootMoves.empty())
254   {
255       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
256       sync_cout << "info depth 0 score "
257                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
258                 << sync_endl;
259   }
260   else
261   {
262       for (Thread* th : Threads)
263           if (th != this)
264               th->start_searching();
265
266       Thread::search(); // Let's start searching!
267   }
268
269   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
270   // the available ones before exiting.
271   if (Limits.npmsec)
272       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
273
274   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
275   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
276   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
277   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
278   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
279   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
280   {
281       Signals.stopOnPonderhit = true;
282       wait(Signals.stop);
283   }
284
285   // Stop the threads if not already stopped
286   Signals.stop = true;
287
288   // Wait until all threads have finished
289   for (Thread* th : Threads)
290       if (th != this)
291           th->wait_for_search_finished();
292
293   // Check if there are threads with a better score than main thread
294   Thread* bestThread = this;
295   if (   !this->easyMovePlayed
296       &&  Options["MultiPV"] == 1
297       && !Limits.depth
298       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
299       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
300   {
301       for (Thread* th : Threads)
302       {
303           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
304           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
305
306           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
307               bestThread = th;
308       }
309   }
310
311   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
312
313   // Send new PV when needed
314   if (bestThread != this)
315       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
316
317   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
318
319   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
320       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
321
322   std::cout << sync_endl;
323 }
324
325
326 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
327 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
328 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
329
330 void Thread::search() {
331
332   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
333   Value bestValue, alpha, beta, delta;
334   Move easyMove = MOVE_NONE;
335   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
336
337   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
338   for (int i = 4; i > 0; i--)
339      (ss-i)->history = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
340
341   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
342   beta = VALUE_INFINITE;
343   completedDepth = DEPTH_ZERO;
344
345   if (mainThread)
346   {
347       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
348       EasyMove.clear();
349       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
350       mainThread->bestMoveChanges = 0;
351   }
352
353   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
354   Skill skill(Options["Skill Level"]);
355
356   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
357   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
358   if (skill.enabled())
359       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
360
361   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
362
363   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
364   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
365          && !Signals.stop
366          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
367   {
368       // Distribute search depths across the threads
369       if (idx)
370       {
371           int i = (idx - 1) % 20;
372           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
373               continue;
374       }
375
376       // Age out PV variability metric
377       if (mainThread)
378           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
379
380       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
381       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
382       for (RootMove& rm : rootMoves)
383           rm.previousScore = rm.score;
384
385       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
386       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
387       {
388           // Reset aspiration window starting size
389           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
390           {
391               delta = Value(18);
392               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
393               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
394           }
395
396           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
397           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
398           // high/low anymore.
399           while (true)
400           {
401               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
402
403               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
404               // is done with a stable algorithm because all the values but the
405               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
406               // and we want to keep the same order for all the moves except the
407               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
408               // search the already searched PV lines are preserved.
409               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
410
411               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
412               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
413               // valid, although it refers to the previous iteration.
414               if (Signals.stop)
415                   break;
416
417               // When failing high/low give some update (without cluttering
418               // the UI) before a re-search.
419               if (   mainThread
420                   && multiPV == 1
421                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
422                   && Time.elapsed() > 3000)
423                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
424
425               // In case of failing low/high increase aspiration window and
426               // re-search, otherwise exit the loop.
427               if (bestValue <= alpha)
428               {
429                   beta = (alpha + beta) / 2;
430                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
431
432                   if (mainThread)
433                   {
434                       mainThread->failedLow = true;
435                       Signals.stopOnPonderhit = false;
436                   }
437               }
438               else if (bestValue >= beta)
439               {
440                   alpha = (alpha + beta) / 2;
441                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
442               }
443               else
444                   break;
445
446               delta += delta / 4 + 5;
447
448               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
449           }
450
451           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
452           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
453
454           if (!mainThread)
455               continue;
456
457           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
458               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
459       }
460
461       if (!Signals.stop)
462           completedDepth = rootDepth;
463
464       if (!mainThread)
465           continue;
466
467       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
468       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
469           skill.pick_best(multiPV);
470
471       // Have we found a "mate in x"?
472       if (   Limits.mate
473           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
474           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
475           Signals.stop = true;
476
477       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
478       if (Limits.use_time_management())
479       {
480           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
481           {
482               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
483               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
484               // from the previous search and just did a fast verification.
485               const int F[] = { mainThread->failedLow,
486                                 bestValue - mainThread->previousScore };
487
488               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
489               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
490
491               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
492                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
493                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
494
495               if (   rootMoves.size() == 1
496                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
497                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
498               {
499                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
500                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
501                   if (Limits.ponder)
502                       Signals.stopOnPonderhit = true;
503                   else
504                       Signals.stop = true;
505               }
506           }
507
508           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
509               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
510           else
511               EasyMove.clear();
512       }
513   }
514
515   if (!mainThread)
516       return;
517
518   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
519   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
520   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
521       EasyMove.clear();
522
523   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
524   if (skill.enabled())
525       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
526                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
527 }
528
529
530 namespace {
531
532   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
533
534   template <NodeType NT>
535   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
536
537     const bool PvNode = NT == PV;
538     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
539
540     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
541     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
542     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
543     assert(!(PvNode && cutNode));
544     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
545
546     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
547     StateInfo st;
548     TTEntry* tte;
549     Key posKey;
550     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
551     Depth extension, newDepth;
552     Value bestValue, value, ttValue, eval;
553     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
554     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets;
555     Piece moved_piece;
556     int moveCount, quietCount;
557
558     // Step 1. Initialize node
559     Thread* thisThread = pos.this_thread();
560     inCheck = pos.checkers();
561     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
562     ss->statScore = 0;
563     bestValue = -VALUE_INFINITE;
564     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
565
566     // Check for the available remaining time
567     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
568     {
569         thisThread->resetCalls = false;
570
571         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
572         // otherwise use a default value.
573         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024))
574                                             : 4096;
575     }
576
577     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
578     {
579         for (Thread* th : Threads)
580             th->resetCalls = true;
581
582         check_time();
583     }
584
585     // Used to send selDepth info to GUI
586     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
587         thisThread->maxPly = ss->ply;
588
589     if (!rootNode)
590     {
591         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
592         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
593             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
594                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
595
596         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
597         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
598         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
599         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
600         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
601         // mate. In this case return a fail-high score.
602         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
603         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
604         if (alpha >= beta)
605             return alpha;
606     }
607
608     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
609
610     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
611     ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
612     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
613     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
614
615     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
616     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
617     // position key in case of an excluded move.
618     excludedMove = ss->excludedMove;
619     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
620     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
621     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
622     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
623             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
624
625     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
626     if (  !PvNode
627         && ttHit
628         && tte->depth() >= depth
629         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
630         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
631                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
632     {
633         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
634         if (ttMove)
635         {
636             if (ttValue >= beta)
637             {
638                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
639                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
640
641                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
642                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
643                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
644             }
645             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
646             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
647             {
648                 int penalty = -stat_bonus(depth);
649                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
650                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
651             }
652         }
653         return ttValue;
654     }
655
656     // Step 4a. Tablebase probe
657     if (!rootNode && TB::Cardinality)
658     {
659         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
660
661         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
662             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
663             &&  pos.rule50_count() == 0
664             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
665         {
666             TB::ProbeState err;
667             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
668
669             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
670             {
671                 thisThread->tbHits++;
672
673                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
674
675                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
676                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
677                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
678
679                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
680                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
681                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
682
683                 return value;
684             }
685         }
686     }
687
688     // Step 5. Evaluate the position statically
689     if (inCheck)
690     {
691         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
692         goto moves_loop;
693     }
694
695     else if (ttHit)
696     {
697         // Never assume anything on values stored in TT
698         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
699             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
700
701         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
702         if (ttValue != VALUE_NONE)
703             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
704                 eval = ttValue;
705     }
706     else
707     {
708         eval = ss->staticEval =
709         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
710                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
711
712         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
713                   ss->staticEval, TT.generation());
714     }
715
716     if (skipEarlyPruning)
717         goto moves_loop;
718
719     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
720     if (   !PvNode
721         &&  depth < 4 * ONE_PLY
722         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
723     {
724         if (depth <= ONE_PLY)
725             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
726
727         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
728         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
729         if (v <= ralpha)
730             return v;
731     }
732
733     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
734     if (   !rootNode
735         &&  depth < 7 * ONE_PLY
736         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
737         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
738         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
739         return eval;
740
741     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
742     if (   !PvNode
743         &&  eval >= beta
744         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
745         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
746     {
747
748         assert(eval - beta >= 0);
749
750         // Null move dynamic reduction based on depth and value
751         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
752
753         ss->currentMove = MOVE_NULL;
754         ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
755
756         pos.do_null_move(st);
757         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
758                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
759         pos.undo_null_move();
760
761         if (nullValue >= beta)
762         {
763             // Do not return unproven mate scores
764             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
765                 nullValue = beta;
766
767             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
768                 return nullValue;
769
770             // Do verification search at high depths
771             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
772                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
773
774             if (v >= beta)
775                 return nullValue;
776         }
777     }
778
779     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
780     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
781     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
782     if (   !PvNode
783         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
784         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
785     {
786         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
787
788         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
789
790         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
791
792         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
793             if (pos.legal(move))
794             {
795                 ss->currentMove = move;
796                 ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
797
798                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
799                 pos.do_move(move, st);
800                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
801                 pos.undo_move(move);
802                 if (value >= rbeta)
803                     return value;
804             }
805     }
806
807     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
808     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
809         && !ttMove
810         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
811     {
812         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
813         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
814
815         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
816         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
817     }
818
819 moves_loop: // When in check search starts from here
820
821     const PieceToHistory& cmh = *(ss-1)->history;
822     const PieceToHistory& fmh = *(ss-2)->history;
823     const PieceToHistory& fm2 = *(ss-4)->history;
824
825     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
826     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
827     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
828             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
829                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
830
831     singularExtensionNode =   !rootNode
832                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
833                            &&  ttMove != MOVE_NONE
834                            &&  ttValue != VALUE_NONE
835                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
836                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
837                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
838     skipQuiets = false;
839
840     // Step 11. Loop through moves
841     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
842     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
843     {
844       assert(is_ok(move));
845
846       if (move == excludedMove)
847           continue;
848
849       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
850       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
851       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
852       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
853                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
854           continue;
855
856       ss->moveCount = ++moveCount;
857
858       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
859           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
860                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
861                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
862
863       if (PvNode)
864           (ss+1)->pv = nullptr;
865
866       extension = DEPTH_ZERO;
867       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
868       moved_piece = pos.moved_piece(move);
869
870       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
871                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
872                   : pos.gives_check(move);
873
874       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
875                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
876
877       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
878
879       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
880       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
881       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
882       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
883       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
884       if (    singularExtensionNode
885           &&  move == ttMove
886           &&  pos.legal(move))
887       {
888           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
889           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
890           ss->excludedMove = move;
891           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
892           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
893
894           if (value < rBeta)
895               extension = ONE_PLY;
896       }
897       else if (    givesCheck
898                && !moveCountPruning
899                &&  pos.see_ge(move))
900           extension = ONE_PLY;
901
902       // Calculate new depth for this move
903       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
904
905       // Step 13. Pruning at shallow depth
906       if (  !rootNode
907           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
908           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
909       {
910           if (   !captureOrPromotion
911               && !givesCheck
912               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
913           {
914               // Move count based pruning
915               if (moveCountPruning)
916               {
917                   skipQuiets = true;
918                   continue;
919               }
920
921               // Reduced depth of the next LMR search
922               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
923
924               // Countermoves based pruning
925               if (   lmrDepth < 3
926                   && (cmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
927                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
928                   continue;
929
930               // Futility pruning: parent node
931               if (   lmrDepth < 7
932                   && !inCheck
933                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
934                   continue;
935
936               // Prune moves with negative SEE
937               if (   lmrDepth < 8
938                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
939                   continue;
940           }
941           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
942                    && !extension
943                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
944                   continue;
945       }
946
947       // Speculative prefetch as early as possible
948       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
949
950       // Check for legality just before making the move
951       if (!rootNode && !pos.legal(move))
952       {
953           ss->moveCount = --moveCount;
954           continue;
955       }
956
957       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
958       ss->currentMove = move;
959       ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
960
961       // Step 14. Make the move
962       pos.do_move(move, st, givesCheck);
963
964       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
965       // re-searched at full depth.
966       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
967           &&  moveCount > 1
968           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
969       {
970           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
971
972           if (captureOrPromotion)
973               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
974           else
975           {
976               // Increase reduction for cut nodes
977               if (cutNode)
978                   r += 2 * ONE_PLY;
979
980               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
981               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
982               // hence break make_move().
983               else if (    type_of(move) == NORMAL
984                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
985                   r -= 2 * ONE_PLY;
986
987               ss->statScore =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
988                              + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
989                              + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
990                              + thisThread->history[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
991                              - 4000; // Correction factor
992
993               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
994               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
995                   r -= ONE_PLY;
996
997               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
998                   r += ONE_PLY;
999
1000               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1001               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1002           }
1003
1004           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1005
1006           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1007
1008           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1009       }
1010       else
1011           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1012
1013       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1014       if (doFullDepthSearch)
1015           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1016                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1017                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1018                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1019
1020       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1021       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1022       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1023       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1024       {
1025           (ss+1)->pv = pv;
1026           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1027
1028           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1029                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1030                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1031                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1032       }
1033
1034       // Step 17. Undo move
1035       pos.undo_move(move);
1036
1037       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1038
1039       // Step 18. Check for a new best move
1040       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1041       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1042       // updating best move, PV and TT.
1043       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1044           return VALUE_ZERO;
1045
1046       if (rootNode)
1047       {
1048           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1049                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1050
1051           // PV move or new best move ?
1052           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1053           {
1054               rm.score = value;
1055               rm.pv.resize(1);
1056
1057               assert((ss+1)->pv);
1058
1059               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1060                   rm.pv.push_back(*m);
1061
1062               // We record how often the best move has been changed in each
1063               // iteration. This information is used for time management: When
1064               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1065               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1066                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1067           }
1068           else
1069               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1070               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1071               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1072               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1073       }
1074
1075       if (value > bestValue)
1076       {
1077           bestValue = value;
1078
1079           if (value > alpha)
1080           {
1081               bestMove = move;
1082
1083               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1084                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1085
1086               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1087                   alpha = value;
1088               else
1089               {
1090                   assert(value >= beta); // Fail high
1091                   break;
1092               }
1093           }
1094       }
1095
1096       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1097           quietsSearched[quietCount++] = move;
1098     }
1099
1100     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1101     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1102     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1103     /*
1104        if (Signals.stop)
1105         return VALUE_DRAW;
1106     */
1107
1108     // Step 20. Check for mate and stalemate
1109     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1110     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1111     // return a fail low score.
1112
1113     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1114
1115     if (!moveCount)
1116         bestValue = excludedMove ? alpha
1117                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1118     else if (bestMove)
1119     {
1120         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1121         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1122             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1123
1124         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1125         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1126             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1127     }
1128     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1129     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1130              && !pos.captured_piece()
1131              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1132         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1133
1134     if (!excludedMove)
1135         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1136                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1137                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1138                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1139
1140     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1141
1142     return bestValue;
1143   }
1144
1145
1146   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1147   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1148
1149   template <NodeType NT, bool InCheck>
1150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1151
1152     const bool PvNode = NT == PV;
1153
1154     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1155     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1156     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1157     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1158     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1159
1160     Move pv[MAX_PLY+1];
1161     StateInfo st;
1162     TTEntry* tte;
1163     Key posKey;
1164     Move ttMove, move, bestMove;
1165     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1166     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1167     Depth ttDepth;
1168     int moveCount;
1169
1170     if (PvNode)
1171     {
1172         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1173         (ss+1)->pv = pv;
1174         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1175     }
1176
1177     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1178     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1179     moveCount = 0;
1180
1181     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1182     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1183         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1184                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1185
1186     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1187
1188     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1189     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1190     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1191     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1192                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1193
1194     // Transposition table lookup
1195     posKey = pos.key();
1196     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1197     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1198     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1199
1200     if (  !PvNode
1201         && ttHit
1202         && tte->depth() >= ttDepth
1203         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1204         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1205                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1206         return ttValue;
1207
1208     // Evaluate the position statically
1209     if (InCheck)
1210     {
1211         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1212         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1213     }
1214     else
1215     {
1216         if (ttHit)
1217         {
1218             // Never assume anything on values stored in TT
1219             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1220                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1221
1222             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1223             if (ttValue != VALUE_NONE)
1224                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1225                     bestValue = ttValue;
1226         }
1227         else
1228             ss->staticEval = bestValue =
1229             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1230                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1231
1232         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1233         if (bestValue >= beta)
1234         {
1235             if (!ttHit)
1236                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1237                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1238
1239             return bestValue;
1240         }
1241
1242         if (PvNode && bestValue > alpha)
1243             alpha = bestValue;
1244
1245         futilityBase = bestValue + 128;
1246     }
1247
1248     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1249     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1250     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1251     // be generated.
1252     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1253
1254     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1255     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1256     {
1257       assert(is_ok(move));
1258
1259       // Speculative prefetch as early as possible
1260       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1261
1262       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1263                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1264                   : pos.gives_check(move);
1265
1266       moveCount++;
1267
1268       // Futility pruning
1269       if (   !InCheck
1270           && !givesCheck
1271           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1272           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1273       {
1274           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1275
1276           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1277
1278           if (futilityValue <= alpha)
1279           {
1280               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1281               continue;
1282           }
1283
1284           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1285           {
1286               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1287               continue;
1288           }
1289       }
1290
1291       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1292       evasionPrunable =    InCheck
1293                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1294                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1295                        && !pos.capture(move);
1296
1297       // Don't search moves with negative SEE values
1298       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1299           &&  type_of(move) != PROMOTION
1300           &&  !pos.see_ge(move))
1301           continue;
1302
1303       // Check for legality just before making the move
1304       if (!pos.legal(move))
1305       {
1306           moveCount--;
1307           continue;
1308       }
1309
1310       ss->currentMove = move;
1311
1312       // Make and search the move
1313       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1314       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1315                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1316       pos.undo_move(move);
1317
1318       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1319
1320       // Check for a new best move
1321       if (value > bestValue)
1322       {
1323           bestValue = value;
1324
1325           if (value > alpha)
1326           {
1327               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1328                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1329
1330               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1331               {
1332                   alpha = value;
1333                   bestMove = move;
1334               }
1335               else // Fail high
1336               {
1337                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1338                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1339
1340                   return value;
1341               }
1342           }
1343        }
1344     }
1345
1346     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1347     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1348     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1349         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1350
1351     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1352               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1353               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1354
1355     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1356
1357     return bestValue;
1358   }
1359
1360
1361   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1362   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1363   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1364
1365   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1366
1367     assert(v != VALUE_NONE);
1368
1369     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1370           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1371   }
1372
1373
1374   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1375   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1376   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1377
1378   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1379
1380     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1381           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1382           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1383   }
1384
1385
1386   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1387
1388   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1389
1390     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1391         *pv++ = *childPv++;
1392     *pv = MOVE_NONE;
1393   }
1394
1395
1396   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1397
1398   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus) {
1399
1400     for (int i : {1, 2, 4})
1401         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1402             (ss-i)->history->update(pc, s, bonus);
1403   }
1404
1405
1406   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1407
1408   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1409                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1410
1411     if (ss->killers[0] != move)
1412     {
1413         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1414         ss->killers[0] = move;
1415     }
1416
1417     Color c = pos.side_to_move();
1418     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1419     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1420     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1421
1422     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1423     {
1424         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1425         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq]=move;
1426     }
1427
1428     // Decrease all the other played quiet moves
1429     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1430     {
1431         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1432         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433     }
1434   }
1435
1436
1437   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1438   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1439
1440   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1441
1442     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1443     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1444
1445     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1446     Value topScore = rootMoves[0].score;
1447     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1448     int weakness = 120 - 2 * level;
1449     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1450
1451     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1452     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1453     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1454     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1455     {
1456         // This is our magic formula
1457         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1458                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1459
1460         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1461         {
1462             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1463             best = rootMoves[i].pv[0];
1464         }
1465     }
1466
1467     return best;
1468   }
1469
1470
1471   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1472   // when we are out of available time and thus stop the search.
1473
1474   void check_time() {
1475
1476     static TimePoint lastInfoTime = now();
1477
1478     int elapsed = Time.elapsed();
1479     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1480
1481     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1482     {
1483         lastInfoTime = tick;
1484         dbg_print();
1485     }
1486
1487     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1488     if (Limits.ponder)
1489         return;
1490
1491     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1492         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1493         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1494             Signals.stop = true;
1495   }
1496
1497 } // namespace
1498
1499
1500 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1501 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1502
1503 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1504
1505   std::stringstream ss;
1506   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1507   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1508   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1509   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1510   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1511   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1512
1513   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1514   {
1515       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1516
1517       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1518           continue;
1519
1520       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1521       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1522
1523       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1524       v = tb ? TB::Score : v;
1525
1526       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1527           ss << "\n";
1528
1529       ss << "info"
1530          << " depth "    << d / ONE_PLY
1531          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1532          << " multipv "  << i + 1
1533          << " score "    << UCI::value(v);
1534
1535       if (!tb && i == PVIdx)
1536           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1537
1538       ss << " nodes "    << nodesSearched
1539          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1540
1541       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1542           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1543
1544       ss << " tbhits "   << tbHits
1545          << " time "     << elapsed
1546          << " pv";
1547
1548       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1549           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1550   }
1551
1552   return ss.str();
1553 }
1554
1555
1556 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1557 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1558 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1559 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1560
1561 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1562
1563     StateInfo st;
1564     bool ttHit;
1565
1566     assert(pv.size() == 1);
1567
1568     if (!pv[0])
1569         return false;
1570
1571     pos.do_move(pv[0], st);
1572     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1573
1574     if (ttHit)
1575     {
1576         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1577         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1578             pv.push_back(m);
1579     }
1580
1581     pos.undo_move(pv[0]);
1582     return pv.size() > 1;
1583 }
1584
1585 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1586
1587     RootInTB = false;
1588     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1589     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1590     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1591
1592     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1593     if (Cardinality > MaxCardinality)
1594     {
1595         Cardinality = MaxCardinality;
1596         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1597     }
1598
1599     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1600         return;
1601
1602     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1603     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1604     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1605
1606     if (RootInTB)
1607         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1608
1609     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1610     {
1611         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1612         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1613
1614         // Only probe during search if winning
1615         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1616             Cardinality = 0;
1617     }
1618
1619     if (RootInTB && !UseRule50)
1620         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1621                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1622                                             :  VALUE_DRAW;
1623 }