dc5164ea38a99e85faff9f9e499b85c39f71bf18
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as a template parameter
65   enum NodeType { NonPV, PV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill structure is used to implement strength limit
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
92   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   EasyMoveManager EasyMove;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMoveHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190
191   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
192 }
193
194
195 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
196 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
197 template<bool Root>
198 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
199
200   StateInfo st;
201   uint64_t cnt, nodes = 0;
202   CheckInfo ci(pos);
203   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
204
205   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
206   {
207       if (Root && depth <= ONE_PLY)
208           cnt = 1, nodes++;
209       else
210       {
211           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
212           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
213           nodes += cnt;
214           pos.undo_move(m);
215       }
216       if (Root)
217           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
218   }
219   return nodes;
220 }
221
222 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
223
224
225 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
226 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
227
228 void MainThread::search() {
229
230   Color us = rootPos.side_to_move();
231   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
232
233   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
234   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
235   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
236
237   TB::Hits = 0;
238   TB::RootInTB = false;
239   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
240   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
241   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
242
243   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
244   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
245   {
246       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
247       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
248   }
249
250   if (rootMoves.empty())
251   {
252       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
260                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
261           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
262       {
263           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
264           // contains only moves that preserve the draw or the win.
265           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
266
267           if (TB::RootInTB)
268               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
269
270           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
271           {
272               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
273               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
274
275               // Only probe during search if winning
276               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
277                   TB::Cardinality = 0;
278           }
279
280           if (TB::RootInTB)
281           {
282               TB::Hits = rootMoves.size();
283
284               if (!TB::UseRule50)
285                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
286                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
287                                                       :  VALUE_DRAW;
288           }
289       }
290
291       for (Thread* th : Threads)
292       {
293           th->maxPly = 0;
294           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
295           if (th != this)
296           {
297               th->rootPos = Position(rootPos, th);
298               th->rootMoves = rootMoves;
299               th->start_searching();
300           }
301       }
302
303       Thread::search(); // Let's start searching!
304   }
305
306   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
307   // the available ones before exiting.
308   if (Limits.npmsec)
309       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
310
311   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
312   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
313   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
314   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
315   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
316   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
317   {
318       Signals.stopOnPonderhit = true;
319       wait(Signals.stop);
320   }
321
322   // Stop the threads if not already stopped
323   Signals.stop = true;
324
325   // Wait until all threads have finished
326   for (Thread* th : Threads)
327       if (th != this)
328           th->wait_for_search_finished();
329
330   // Check if there are threads with a better score than main thread
331   Thread* bestThread = this;
332   if (   !this->easyMovePlayed
333       &&  Options["MultiPV"] == 1
334       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
335   {
336       for (Thread* th : Threads)
337           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
338               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
339               bestThread = th;
340   }
341
342   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
343
344   // Send new PV when needed
345   if (bestThread != this)
346       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
347
348   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
349
350   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
351       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
352
353   std::cout << sync_endl;
354 }
355
356
357 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
358 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
359 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
360
361 void Thread::search() {
362
363   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
364   Value bestValue, alpha, beta, delta;
365   Move easyMove = MOVE_NONE;
366   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
367
368   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
369
370   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
371   beta = VALUE_INFINITE;
372   completedDepth = DEPTH_ZERO;
373
374   if (mainThread)
375   {
376       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
377       EasyMove.clear();
378       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
379       mainThread->bestMoveChanges = 0;
380       TT.new_search();
381   }
382
383   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
384   Skill skill(Options["Skill Level"]);
385
386   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
387   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
388   if (skill.enabled())
389       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
390
391   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
392
393   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
394   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
395   {
396       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
397       // 2nd ply (using a half-density map similar to a Hadamard matrix).
398       if (!mainThread)
399       {
400           int d = rootDepth + rootPos.game_ply();
401
402           if (idx <= 6 || idx > 24)
403           {
404               if (((d + idx) >> (msb(idx + 1) - 1)) % 2)
405                   continue;
406           }
407           else
408           {
409               // Table of values of 6 bits with 3 of them set
410               static const int HalfDensityMap[] = {
411                 0x07, 0x0b, 0x0d, 0x0e, 0x13, 0x16, 0x19, 0x1a, 0x1c,
412                 0x23, 0x25, 0x26, 0x29, 0x2c, 0x31, 0x32, 0x34, 0x38
413               };
414
415               if ((HalfDensityMap[idx - 7] >> (d % 6)) & 1)
416                   continue;
417           }
418       }
419
420       // Age out PV variability metric
421       if (mainThread)
422           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
423
424       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
425       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
426       for (RootMove& rm : rootMoves)
427           rm.previousScore = rm.score;
428
429       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
430       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
431       {
432           // Reset aspiration window starting size
433           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
434           {
435               delta = Value(18);
436               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
437               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
438           }
439
440           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
441           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
442           // high/low anymore.
443           while (true)
444           {
445               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
446
447               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
448               // is done with a stable algorithm because all the values but the
449               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
450               // and we want to keep the same order for all the moves except the
451               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
452               // search the already searched PV lines are preserved.
453               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
454
455               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
456               // entries have been overwritten during the search.
457               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
458                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
459
460               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
461               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
462               // valid, although it refers to the previous iteration.
463               if (Signals.stop)
464                   break;
465
466               // When failing high/low give some update (without cluttering
467               // the UI) before a re-search.
468               if (   mainThread
469                   && multiPV == 1
470                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
471                   && Time.elapsed() > 3000)
472                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473
474               // In case of failing low/high increase aspiration window and
475               // re-search, otherwise exit the loop.
476               if (bestValue <= alpha)
477               {
478                   beta = (alpha + beta) / 2;
479                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
480
481                   if (mainThread)
482                   {
483                       mainThread->failedLow = true;
484                       Signals.stopOnPonderhit = false;
485                   }
486               }
487               else if (bestValue >= beta)
488               {
489                   alpha = (alpha + beta) / 2;
490                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
491               }
492               else
493                   break;
494
495               delta += delta / 4 + 5;
496
497               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
498           }
499
500           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
501           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
502
503           if (!mainThread)
504               break;
505
506           if (Signals.stop)
507               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
508                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
509
510           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
511               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
512       }
513
514       if (!Signals.stop)
515           completedDepth = rootDepth;
516
517       if (!mainThread)
518           continue;
519
520       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
521       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
522           skill.pick_best(multiPV);
523
524       // Have we found a "mate in x"?
525       if (   Limits.mate
526           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
527           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
528           Signals.stop = true;
529
530       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
531       if (Limits.use_time_management())
532       {
533           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
534           {
535               // Take some extra time if the best move has changed
536               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
537                   Time.pv_instability(mainThread->bestMoveChanges);
538
539               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
540               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
541               // from the previous search and just did a fast verification.
542               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
543                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
544
545               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
546
547               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
548                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
549                                && Time.elapsed() > Time.available() * 25 / 206;
550
551               if (   rootMoves.size() == 1
552                   || Time.elapsed() > Time.available() * improvingFactor / 640
553                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
554               {
555                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
556                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
557                   if (Limits.ponder)
558                       Signals.stopOnPonderhit = true;
559                   else
560                       Signals.stop = true;
561               }
562           }
563
564           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
565               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
566           else
567               EasyMove.clear();
568       }
569   }
570
571   if (!mainThread)
572       return;
573
574   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
575   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
576   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
577       EasyMove.clear();
578
579   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
580   if (skill.enabled())
581       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
582                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
583 }
584
585
586 namespace {
587
588   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
589
590   template <NodeType NT>
591   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
592
593     const bool PvNode = NT == PV;
594     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
595
596     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
597     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
598     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
599
600     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
601     StateInfo st;
602     TTEntry* tte;
603     Key posKey;
604     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
605     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
606     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
607     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
608     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
609     int moveCount, quietCount;
610
611     // Step 1. Initialize node
612     Thread* thisThread = pos.this_thread();
613     inCheck = pos.checkers();
614     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
615     bestValue = -VALUE_INFINITE;
616     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
617
618     // Check for the available remaining time
619     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
620     {
621         thisThread->resetCalls = false;
622         thisThread->callsCnt = 0;
623     }
624     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
625     {
626         for (Thread* th : Threads)
627             th->resetCalls = true;
628
629         check_time();
630     }
631
632     // Used to send selDepth info to GUI
633     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
634         thisThread->maxPly = ss->ply;
635
636     if (!rootNode)
637     {
638         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
639         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
640             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
641                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
642
643         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
644         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
645         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
646         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
647         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
648         // mate. In this case return a fail-high score.
649         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
650         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
651         if (alpha >= beta)
652             return alpha;
653     }
654
655     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
656
657     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
658     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
659     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
660
661     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
662     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
663     // position key in case of an excluded move.
664     excludedMove = ss->excludedMove;
665     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
666     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
667     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
668     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
669             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
670
671     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
672     if (  !PvNode
673         && ttHit
674         && tte->depth() >= depth
675         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
676         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
677                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
678     {
679         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
680
681         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
682         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
683             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
684
685         return ttValue;
686     }
687
688     // Step 4a. Tablebase probe
689     if (!rootNode && TB::Cardinality)
690     {
691         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
692
693         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
694             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
695             &&  pos.rule50_count() == 0
696             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
697         {
698             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
699
700             if (found)
701             {
702                 TB::Hits++;
703
704                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
705
706                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
707                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
708                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
709
710                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
711                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
712                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
713
714                 return value;
715             }
716         }
717     }
718
719     // Step 5. Evaluate the position statically
720     if (inCheck)
721     {
722         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
723         goto moves_loop;
724     }
725
726     else if (ttHit)
727     {
728         // Never assume anything on values stored in TT
729         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
730             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
731
732         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
733         if (ttValue != VALUE_NONE)
734             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
735                 eval = ttValue;
736     }
737     else
738     {
739         eval = ss->staticEval =
740         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
741                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
742
743         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
744                   ss->staticEval, TT.generation());
745     }
746
747     if (ss->skipEarlyPruning)
748         goto moves_loop;
749
750     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
751     if (   !PvNode
752         &&  depth < 4 * ONE_PLY
753         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
754         &&  ttMove == MOVE_NONE)
755     {
756         if (   depth <= ONE_PLY
757             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
758             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
759
760         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
761         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
762         if (v <= ralpha)
763             return v;
764     }
765
766     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
767     if (   !rootNode
768         &&  depth < 7 * ONE_PLY
769         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
770         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
771         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
772         return eval - futility_margin(depth);
773
774     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
775     if (   !PvNode
776         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
777         &&  eval >= beta
778         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
779     {
780         ss->currentMove = MOVE_NULL;
781
782         assert(eval - beta >= 0);
783
784         // Null move dynamic reduction based on depth and value
785         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
786
787         pos.do_null_move(st);
788         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
789         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
790                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
791         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
792         pos.undo_null_move();
793
794         if (nullValue >= beta)
795         {
796             // Do not return unproven mate scores
797             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
798                 nullValue = beta;
799
800             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
801                 return nullValue;
802
803             // Do verification search at high depths
804             ss->skipEarlyPruning = true;
805             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
806                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
807             ss->skipEarlyPruning = false;
808
809             if (v >= beta)
810                 return nullValue;
811         }
812     }
813
814     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
815     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
816     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
817     // safely prune the previous move.
818     if (   !PvNode
819         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
820         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
821     {
822         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
823         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
824
825         assert(rdepth >= ONE_PLY);
826         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
827         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
828
829         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
830         CheckInfo ci(pos);
831
832         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
833             if (pos.legal(move, ci.pinned))
834             {
835                 ss->currentMove = move;
836                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
837                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
838                 pos.undo_move(move);
839                 if (value >= rbeta)
840                     return value;
841             }
842     }
843
844     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
845     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
846         && !ttMove
847         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
848     {
849         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
850         ss->skipEarlyPruning = true;
851         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
852         ss->skipEarlyPruning = false;
853
854         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
855         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
856     }
857
858 moves_loop: // When in check search starts from here
859
860     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
861     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
862     const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
863
864     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
865     CheckInfo ci(pos);
866     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
867     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
868                || ss->staticEval == VALUE_NONE
869                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
870
871     singularExtensionNode =   !rootNode
872                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
873                            &&  ttMove != MOVE_NONE
874                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
875                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
876                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
877                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
878                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
879
880     // Step 11. Loop through moves
881     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
882     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
883     {
884       assert(is_ok(move));
885
886       if (move == excludedMove)
887           continue;
888
889       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
890       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
891       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
892       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
893                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
894           continue;
895
896       ss->moveCount = ++moveCount;
897
898       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
899           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
900                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
901                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
902
903       if (PvNode)
904           (ss+1)->pv = nullptr;
905
906       extension = DEPTH_ZERO;
907       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
908
909       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
910                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
911                   : pos.gives_check(move, ci);
912
913       // Step 12. Extend checks
914       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
915           extension = ONE_PLY;
916
917       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
918       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
919       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
920       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
921       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
922       if (    singularExtensionNode
923           &&  move == ttMove
924           && !extension
925           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
926       {
927           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
928           ss->excludedMove = move;
929           ss->skipEarlyPruning = true;
930           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
931           ss->skipEarlyPruning = false;
932           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
933
934           if (value < rBeta)
935               extension = ONE_PLY;
936       }
937
938       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
939       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
940
941       // Step 13. Pruning at shallow depth
942       if (   !rootNode
943           && !captureOrPromotion
944           && !inCheck
945           && !givesCheck
946           && !pos.advanced_pawn_push(move)
947           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
948       {
949           // Move count based pruning
950           if (   depth < 16 * ONE_PLY
951               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
952               continue;
953
954           // History based pruning
955           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
956               && move != ss->killers[0]
957               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
958               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
959               continue;
960
961           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
962
963           // Futility pruning: parent node
964           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
965           {
966               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
967
968               if (futilityValue <= alpha)
969               {
970                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
971                   continue;
972               }
973           }
974
975           // Prune moves with negative SEE at low depths
976           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
977               continue;
978       }
979
980       // Speculative prefetch as early as possible
981       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
982
983       // Check for legality just before making the move
984       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
985       {
986           ss->moveCount = --moveCount;
987           continue;
988       }
989
990       ss->currentMove = move;
991
992       // Step 14. Make the move
993       pos.do_move(move, st, givesCheck);
994
995       // Step 15. 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)
1000       {
1001           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1002
1003           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
1004           if (   (!PvNode && cutNode)
1005               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
1006                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
1007               r += ONE_PLY;
1008
1009           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1010           int rHist = (  thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
1011                        + cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]) / 14980;
1012           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1013
1014           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1015           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1016           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1017           // because the destination square is empty.
1018           if (   r
1019               && type_of(move) == NORMAL
1020               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1021               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1022               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1023
1024           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1025
1026           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1027
1028           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1029       }
1030       else
1031           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1032
1033       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1034       if (doFullDepthSearch)
1035           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1036                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1037                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1038                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1039
1040       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1041       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1042       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1043       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1044       {
1045           (ss+1)->pv = pv;
1046           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1047
1048           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1049                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1050                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1051                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1052       }
1053
1054       // Step 17. Undo move
1055       pos.undo_move(move);
1056
1057       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1058
1059       // Step 18. Check for a new best move
1060       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1061       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1062       // updating best move, PV and TT.
1063       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1064           return VALUE_ZERO;
1065
1066       if (rootNode)
1067       {
1068           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1069                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1070
1071           // PV move or new best move ?
1072           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1073           {
1074               rm.score = value;
1075               rm.pv.resize(1);
1076
1077               assert((ss+1)->pv);
1078
1079               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1080                   rm.pv.push_back(*m);
1081
1082               // We record how often the best move has been changed in each
1083               // iteration. This information is used for time management: When
1084               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1085               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1086                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1087           }
1088           else
1089               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1090               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1091               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1092               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1093       }
1094
1095       if (value > bestValue)
1096       {
1097           bestValue = value;
1098
1099           if (value > alpha)
1100           {
1101               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1102               if (    PvNode
1103                   &&  thisThread == Threads.main()
1104                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1105                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1106                   EasyMove.clear();
1107
1108               bestMove = move;
1109
1110               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1111                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1112
1113               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1114                   alpha = value;
1115               else
1116               {
1117                   assert(value >= beta); // Fail high
1118                   break;
1119               }
1120           }
1121       }
1122
1123       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1124           quietsSearched[quietCount++] = move;
1125     }
1126
1127     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1128     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1129     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1130     /*
1131        if (Signals.stop)
1132         return VALUE_DRAW;
1133     */
1134
1135     // Step 20. Check for mate and stalemate
1136     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1137     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1138     // return a fail low score.
1139     if (!moveCount)
1140         bestValue = excludedMove ? alpha
1141                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1142
1143     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1144     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1145         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1146
1147     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1148     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1149              && !bestMove
1150              && !inCheck
1151              && !pos.captured_piece_type()
1152              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1153              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1154     {
1155         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1156         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1157         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1158         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1159     }
1160
1161     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1162               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1163               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1164               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1165
1166     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1167
1168     return bestValue;
1169   }
1170
1171
1172   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1173   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1174   // less than ONE_PLY).
1175
1176   template <NodeType NT, bool InCheck>
1177   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1178
1179     const bool PvNode = NT == PV;
1180
1181     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1182     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1183     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1184     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1185
1186     Move pv[MAX_PLY+1];
1187     StateInfo st;
1188     TTEntry* tte;
1189     Key posKey;
1190     Move ttMove, move, bestMove;
1191     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1192     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1193     Depth ttDepth;
1194
1195     if (PvNode)
1196     {
1197         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1198         (ss+1)->pv = pv;
1199         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1200     }
1201
1202     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1203     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1204
1205     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1206     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1207         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1208                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1209
1210     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1211
1212     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1213     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1214     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1215     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1216                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1217
1218     // Transposition table lookup
1219     posKey = pos.key();
1220     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1221     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1222     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1223
1224     if (  !PvNode
1225         && ttHit
1226         && tte->depth() >= ttDepth
1227         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1228         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1229                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1230     {
1231         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1232         return ttValue;
1233     }
1234
1235     // Evaluate the position statically
1236     if (InCheck)
1237     {
1238         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1239         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1240     }
1241     else
1242     {
1243         if (ttHit)
1244         {
1245             // Never assume anything on values stored in TT
1246             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1247                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1248
1249             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1250             if (ttValue != VALUE_NONE)
1251                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1252                     bestValue = ttValue;
1253         }
1254         else
1255             ss->staticEval = bestValue =
1256             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1257                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1258
1259         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1260         if (bestValue >= beta)
1261         {
1262             if (!ttHit)
1263                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1264                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1265
1266             return bestValue;
1267         }
1268
1269         if (PvNode && bestValue > alpha)
1270             alpha = bestValue;
1271
1272         futilityBase = bestValue + 128;
1273     }
1274
1275     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1276     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1277     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1278     // be generated.
1279     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1280     CheckInfo ci(pos);
1281
1282     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1283     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1284     {
1285       assert(is_ok(move));
1286
1287       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1288                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1289                   : pos.gives_check(move, ci);
1290
1291       // Futility pruning
1292       if (   !InCheck
1293           && !givesCheck
1294           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1295           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1296       {
1297           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1298
1299           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1300
1301           if (futilityValue <= alpha)
1302           {
1303               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1304               continue;
1305           }
1306
1307           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1308           {
1309               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1310               continue;
1311           }
1312       }
1313
1314       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1315       evasionPrunable =    InCheck
1316                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1317                        && !pos.capture(move);
1318
1319       // Don't search moves with negative SEE values
1320       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1321           &&  type_of(move) != PROMOTION
1322           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1323           continue;
1324
1325       // Speculative prefetch as early as possible
1326       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1327
1328       // Check for legality just before making the move
1329       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1330           continue;
1331
1332       ss->currentMove = move;
1333
1334       // Make and search the move
1335       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1336       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1337                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1338       pos.undo_move(move);
1339
1340       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1341
1342       // Check for a new best move
1343       if (value > bestValue)
1344       {
1345           bestValue = value;
1346
1347           if (value > alpha)
1348           {
1349               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1350                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1351
1352               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1353               {
1354                   alpha = value;
1355                   bestMove = move;
1356               }
1357               else // Fail high
1358               {
1359                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1360                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1361
1362                   return value;
1363               }
1364           }
1365        }
1366     }
1367
1368     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1369     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1370     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1371         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1372
1373     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1374               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1375               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1376
1377     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1378
1379     return bestValue;
1380   }
1381
1382
1383   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1384   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1385   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1386
1387   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1388
1389     assert(v != VALUE_NONE);
1390
1391     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1392           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1393   }
1394
1395
1396   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1397   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1398   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1399
1400   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1401
1402     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1403           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1409
1410   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1411
1412     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1413         *pv++ = *childPv++;
1414     *pv = MOVE_NONE;
1415   }
1416
1417
1418   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1419   // history when a new quiet best move is found.
1420
1421   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1422                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1423
1424     if (ss->killers[0] != move)
1425     {
1426         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1427         ss->killers[0] = move;
1428     }
1429
1430     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1431
1432     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1433     CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1434     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1435
1436     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1437
1438     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1439     {
1440         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1441         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1442     }
1443
1444     // Decrease all the other played quiet moves
1445     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1446     {
1447         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1448
1449         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1450             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1451     }
1452
1453     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1454     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1455         && !pos.captured_piece_type()
1456         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1457     {
1458         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1459         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1460         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1461     }
1462   }
1463
1464
1465   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1466   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1467
1468   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1469
1470     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1471     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1472
1473     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1474     Value topScore = rootMoves[0].score;
1475     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1476     int weakness = 120 - 2 * level;
1477     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1478
1479     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1480     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1481     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1482     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1483     {
1484         // This is our magic formula
1485         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1486                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1487
1488         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1489         {
1490             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1491             best = rootMoves[i].pv[0];
1492         }
1493     }
1494
1495     return best;
1496   }
1497
1498
1499   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1500   // when we are out of available time and thus stop the search.
1501
1502   void check_time() {
1503
1504     static TimePoint lastInfoTime = now();
1505
1506     int elapsed = Time.elapsed();
1507     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1508
1509     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1510     {
1511         lastInfoTime = tick;
1512         dbg_print();
1513     }
1514
1515     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1516     if (Limits.ponder)
1517         return;
1518
1519     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1520         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1521         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1522             Signals.stop = true;
1523   }
1524
1525 } // namespace
1526
1527
1528 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1529 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1530
1531 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1532
1533   std::stringstream ss;
1534   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1535   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1536   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1537   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1538   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1539
1540   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1541   {
1542       bool updated = (i <= PVIdx);
1543
1544       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1545           continue;
1546
1547       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1548       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1549
1550       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1551       v = tb ? TB::Score : v;
1552
1553       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1554           ss << "\n";
1555
1556       ss << "info"
1557          << " depth "    << d / ONE_PLY
1558          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1559          << " multipv "  << i + 1
1560          << " score "    << UCI::value(v);
1561
1562       if (!tb && i == PVIdx)
1563           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1564
1565       ss << " nodes "    << nodes_searched
1566          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1567
1568       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1569           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1570
1571       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1572          << " time "     << elapsed
1573          << " pv";
1574
1575       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1576           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1577   }
1578
1579   return ss.str();
1580 }
1581
1582
1583 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1584 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1585 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1586
1587 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1588
1589   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1590   bool ttHit;
1591
1592   for (Move m : pv)
1593   {
1594       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1595
1596       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1597
1598       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1599           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1600                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1601
1602       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1603   }
1604
1605   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1606       pos.undo_move(pv[--i]);
1607 }
1608
1609
1610 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1611 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1612 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1613 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1614
1615 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1616 {
1617     StateInfo st;
1618     bool ttHit;
1619
1620     assert(pv.size() == 1);
1621
1622     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1623     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1624     pos.undo_move(pv[0]);
1625
1626     if (ttHit)
1627     {
1628         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1629         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1630            return pv.push_back(m), true;
1631     }
1632
1633     return false;
1634 }