Per-thread TB hit counters
[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 "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   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0]));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1]));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160
161   template <NodeType NT>
162   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
163
164   template <NodeType NT, bool InCheck>
165   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
166
167   Value value_to_tt(Value v, int ply);
168   Value value_from_tt(Value v, int ply);
169   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
170   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210
211   for (Thread* th : Threads)
212   {
213       th->history.clear();
214       th->counterMoves.clear();
215       th->fromTo.clear();
216       th->counterMoveHistory.clear();
217   }
218
219   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
220 }
221
222
223 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
224 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
225 template<bool Root>
226 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
227
228   StateInfo st;
229   uint64_t cnt, nodes = 0;
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   if (rootMoves.empty())
265   {
266       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
267       sync_cout << "info depth 0 score "
268                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
269                 << sync_endl;
270   }
271   else
272   {
273       for (Thread* th : Threads)
274           if (th != this)
275               th->start_searching();
276
277       Thread::search(); // Let's start searching!
278   }
279
280   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
281   // the available ones before exiting.
282   if (Limits.npmsec)
283       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
284
285   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
286   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
287   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
288   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
289   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
290   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
291   {
292       Signals.stopOnPonderhit = true;
293       wait(Signals.stop);
294   }
295
296   // Stop the threads if not already stopped
297   Signals.stop = true;
298
299   // Wait until all threads have finished
300   for (Thread* th : Threads)
301       if (th != this)
302           th->wait_for_search_finished();
303
304   // Check if there are threads with a better score than main thread
305   Thread* bestThread = this;
306   if (   !this->easyMovePlayed
307       &&  Options["MultiPV"] == 1
308       && !Limits.depth
309       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
310       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
311   {
312       for (Thread* th : Threads)
313           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
314               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
315               bestThread = th;
316   }
317
318   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
319
320   // Send new PV when needed
321   if (bestThread != this)
322       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
323
324   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
325
326   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
327       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
328
329   std::cout << sync_endl;
330 }
331
332
333 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
334 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
335 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
336
337 void Thread::search() {
338
339   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
340   Value bestValue, alpha, beta, delta;
341   Move easyMove = MOVE_NONE;
342   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
343
344   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
345
346   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
347   beta = VALUE_INFINITE;
348   completedDepth = DEPTH_ZERO;
349
350   if (mainThread)
351   {
352       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
353       EasyMove.clear();
354       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
355       mainThread->bestMoveChanges = 0;
356       TT.new_search();
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360   Skill skill(Options["Skill Level"]);
361
362   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
363   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
364   if (skill.enabled())
365       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
366
367   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
370   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
371          && !Signals.stop
372          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
373   {
374       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
375       // 2nd ply (using a half-density matrix).
376       if (!mainThread)
377       {
378           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
379           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
380              continue;
381       }
382
383       // Age out PV variability metric
384       if (mainThread)
385           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
386
387       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
388       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
389       for (RootMove& rm : rootMoves)
390           rm.previousScore = rm.score;
391
392       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
393       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
394       {
395           // Reset aspiration window starting size
396           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
397           {
398               delta = Value(18);
399               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
400               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
401           }
402
403           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
404           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
405           // high/low anymore.
406           while (true)
407           {
408               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
409
410               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
411               // is done with a stable algorithm because all the values but the
412               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
413               // and we want to keep the same order for all the moves except the
414               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
415               // search the already searched PV lines are preserved.
416               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
417
418               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
419               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
420               // valid, although it refers to the previous iteration.
421               if (Signals.stop)
422                   break;
423
424               // When failing high/low give some update (without cluttering
425               // the UI) before a re-search.
426               if (   mainThread
427                   && multiPV == 1
428                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
429                   && Time.elapsed() > 3000)
430                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
431
432               // In case of failing low/high increase aspiration window and
433               // re-search, otherwise exit the loop.
434               if (bestValue <= alpha)
435               {
436                   beta = (alpha + beta) / 2;
437                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
438
439                   if (mainThread)
440                   {
441                       mainThread->failedLow = true;
442                       Signals.stopOnPonderhit = false;
443                   }
444               }
445               else if (bestValue >= beta)
446               {
447                   alpha = (alpha + beta) / 2;
448                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
449               }
450               else
451                   break;
452
453               delta += delta / 4 + 5;
454
455               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
456           }
457
458           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
459           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
460
461           if (!mainThread)
462               continue;
463
464           if (Signals.stop)
465               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
466                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
467
468           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
469               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
470       }
471
472       if (!Signals.stop)
473           completedDepth = rootDepth;
474
475       if (!mainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Have we found a "mate in x"?
483       if (   Limits.mate
484           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
485           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
486           Signals.stop = true;
487
488       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
489       if (Limits.use_time_management())
490       {
491           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
492           {
493               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
494               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
495               // from the previous search and just did a fast verification.
496               const int F[] = { mainThread->failedLow,
497                                 bestValue - mainThread->previousScore };
498
499               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
500               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
501
502               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
503                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
504                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
505
506               if (   rootMoves.size() == 1
507                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
508                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
509               {
510                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
511                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
512                   if (Limits.ponder)
513                       Signals.stopOnPonderhit = true;
514                   else
515                       Signals.stop = true;
516               }
517           }
518
519           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
520               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
521           else
522               EasyMove.clear();
523       }
524   }
525
526   if (!mainThread)
527       return;
528
529   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
530   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
531   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
532       EasyMove.clear();
533
534   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
535   if (skill.enabled())
536       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
537                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
538 }
539
540
541 namespace {
542
543   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
544
545   template <NodeType NT>
546   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
547
548     const bool PvNode = NT == PV;
549     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
550
551     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
552     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
553     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
554     assert(!(PvNode && cutNode));
555     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
556
557     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
558     StateInfo st;
559     TTEntry* tte;
560     Key posKey;
561     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
562     Depth extension, newDepth;
563     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
564     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
565     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
566     Piece moved_piece;
567     int moveCount, quietCount;
568
569     // Step 1. Initialize node
570     Thread* thisThread = pos.this_thread();
571     inCheck = pos.checkers();
572     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
573     bestValue = -VALUE_INFINITE;
574     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
575
576     // Check for the available remaining time
577     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
578     {
579         thisThread->resetCalls = false;
580         thisThread->callsCnt = 0;
581     }
582     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
583     {
584         for (Thread* th : Threads)
585             th->resetCalls = true;
586
587         check_time();
588     }
589
590     // Used to send selDepth info to GUI
591     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
592         thisThread->maxPly = ss->ply;
593
594     if (!rootNode)
595     {
596         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
597         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
598             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
599                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
600
601         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
602         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
603         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
604         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
605         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
606         // mate. In this case return a fail-high score.
607         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
608         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
609         if (alpha >= beta)
610             return alpha;
611     }
612
613     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
614
615     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
616     ss->counterMoves = nullptr;
617     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
618     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
619
620     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
621     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
622     // position key in case of an excluded move.
623     excludedMove = ss->excludedMove;
624     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
625     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
626     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
627     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
628             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
629
630     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
631     if (  !PvNode
632         && ttHit
633         && tte->depth() >= depth
634         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
635         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
636                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
637     {
638         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
639         if (ttValue >= beta && ttMove)
640         {
641             int d = depth / ONE_PLY;
642
643             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
644             {
645                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
646                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
647             }
648
649             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
650             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
651             {
652                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
653                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
654                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
655             }
656         }
657         return ttValue;
658     }
659
660     // Step 4a. Tablebase probe
661     if (!rootNode && TB::Cardinality)
662     {
663         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
664
665         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
666             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
667             &&  pos.rule50_count() == 0
668             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
669         {
670             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
671
672             if (found)
673             {
674                 thisThread->tbHits++;
675
676                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
677
678                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
679                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
680                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
681
682                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
683                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
684                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
685
686                 return value;
687             }
688         }
689     }
690
691     // Step 5. Evaluate the position statically
692     if (inCheck)
693     {
694         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
695         goto moves_loop;
696     }
697
698     else if (ttHit)
699     {
700         // Never assume anything on values stored in TT
701         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
702             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
703
704         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
705         if (ttValue != VALUE_NONE)
706             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
707                 eval = ttValue;
708     }
709     else
710     {
711         eval = ss->staticEval =
712         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
713                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
714
715         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
716                   ss->staticEval, TT.generation());
717     }
718
719     if (ss->skipEarlyPruning)
720         goto moves_loop;
721
722     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
723     if (   !PvNode
724         &&  depth < 4 * ONE_PLY
725         &&  ttMove == MOVE_NONE
726         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
727     {
728         if (depth <= ONE_PLY)
729             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
730
731         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
732         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
733         if (v <= ralpha)
734             return v;
735     }
736
737     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
738     if (   !rootNode
739         &&  depth < 7 * ONE_PLY
740         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
741         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
742         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
743         return eval;
744
745     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
746     if (   !PvNode
747         &&  eval >= beta
748         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
749         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
750     {
751         ss->currentMove = MOVE_NULL;
752         ss->counterMoves = nullptr;
753
754         assert(eval - beta >= 0);
755
756         // Null move dynamic reduction based on depth and value
757         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
758
759         pos.do_null_move(st);
760         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
761         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
762                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
763         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
764         pos.undo_null_move();
765
766         if (nullValue >= beta)
767         {
768             // Do not return unproven mate scores
769             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
770                 nullValue = beta;
771
772             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
773                 return nullValue;
774
775             // Do verification search at high depths
776             ss->skipEarlyPruning = true;
777             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
778                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
779             ss->skipEarlyPruning = false;
780
781             if (v >= beta)
782                 return nullValue;
783         }
784     }
785
786     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
787     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
788     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
789     if (   !PvNode
790         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
791         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
792     {
793         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
794         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
795
796         assert(rdepth >= ONE_PLY);
797         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
798         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
799
800         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
801
802         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
803             if (pos.legal(move))
804             {
805                 ss->currentMove = move;
806                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
807                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move));
808                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
809                 pos.undo_move(move);
810                 if (value >= rbeta)
811                     return value;
812             }
813     }
814
815     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
816     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
817         && !ttMove
818         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
819     {
820         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
821         ss->skipEarlyPruning = true;
822         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
823         ss->skipEarlyPruning = false;
824
825         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
826         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
827     }
828
829 moves_loop: // When in check search starts from here
830
831     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
832     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
833     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
834
835     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
836     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
837     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
838             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
839                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
840
841     singularExtensionNode =   !rootNode
842                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
843                            &&  ttMove != MOVE_NONE
844                            &&  ttValue != VALUE_NONE
845                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
846                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
847                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
848
849     // Step 11. Loop through moves
850     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
851     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
852     {
853       assert(is_ok(move));
854
855       if (move == excludedMove)
856           continue;
857
858       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
859       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
860       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
861       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
862                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
863           continue;
864
865       ss->moveCount = ++moveCount;
866
867       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
868           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
869                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
870                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
871
872       if (PvNode)
873           (ss+1)->pv = nullptr;
874
875       extension = DEPTH_ZERO;
876       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
877       moved_piece = pos.moved_piece(move);
878
879       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
880                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
881                   : pos.gives_check(move);
882
883       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
884                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
885
886       // Step 12. Extend checks
887       if (    givesCheck
888           && !moveCountPruning
889           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
890           extension = ONE_PLY;
891
892       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
893       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
894       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
895       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
896       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
897       if (    singularExtensionNode
898           &&  move == ttMove
899           && !extension
900           &&  pos.legal(move))
901       {
902           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
903           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
904           ss->excludedMove = move;
905           ss->skipEarlyPruning = true;
906           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
907           ss->skipEarlyPruning = false;
908           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
909
910           if (value < rBeta)
911               extension = ONE_PLY;
912       }
913
914       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
915       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
916
917       // Step 13. Pruning at shallow depth
918       if (  !rootNode
919           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
920       {
921           if (   !captureOrPromotion
922               && !givesCheck
923               && !pos.advanced_pawn_push(move))
924           {
925               // Move count based pruning
926               if (moveCountPruning)
927                   continue;
928
929               // Reduced depth of the next LMR search
930               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
931
932               // Countermoves based pruning
933               if (   lmrDepth < 3
934                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
935                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
936                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
937                   continue;
938
939               // Futility pruning: parent node
940               if (   lmrDepth < 7
941                   && !inCheck
942                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
943                   continue;
944
945               // Prune moves with negative SEE
946               if (   lmrDepth < 8
947                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
948                   continue;
949           }
950           else if (   depth < 7 * ONE_PLY
951                    && !extension
952                    && !pos.see_ge(move, Value(-35 * depth / ONE_PLY * depth / ONE_PLY)))
953                   continue;
954       }
955
956       // Speculative prefetch as early as possible
957       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
958
959       // Check for legality just before making the move
960       if (!rootNode && !pos.legal(move))
961       {
962           ss->moveCount = --moveCount;
963           continue;
964       }
965
966       ss->currentMove = move;
967       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
968
969       // Step 14. Make the move
970       pos.do_move(move, st, givesCheck);
971
972       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
973       // re-searched at full depth.
974       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
975           &&  moveCount > 1
976           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
977       {
978           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
979
980           if (captureOrPromotion)
981               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
982           else
983           {
984               // Increase reduction for cut nodes
985               if (cutNode)
986                   r += 2 * ONE_PLY;
987
988               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
989               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
990               // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
991               // because the destination square is empty.
992               else if (   type_of(move) == NORMAL
993                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
994                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
995                   r -= 2 * ONE_PLY;
996
997               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
998               Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
999                          +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1000                          +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1001                          +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1002                          +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
1003               int rHist = (val - 8000) / 20000;
1004               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - rHist) * ONE_PLY);
1005           }
1006
1007           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1008
1009           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1010
1011           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1012       }
1013       else
1014           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1015
1016       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1017       if (doFullDepthSearch)
1018           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1019                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1020                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1021                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1022
1023       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1024       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1025       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1026       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1027       {
1028           (ss+1)->pv = pv;
1029           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1030
1031           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1032                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1033                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1034                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1035       }
1036
1037       // Step 17. Undo move
1038       pos.undo_move(move);
1039
1040       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1041
1042       // Step 18. Check for a new best move
1043       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1044       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1045       // updating best move, PV and TT.
1046       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1047           return VALUE_ZERO;
1048
1049       if (rootNode)
1050       {
1051           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1052                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1053
1054           // PV move or new best move ?
1055           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1056           {
1057               rm.score = value;
1058               rm.pv.resize(1);
1059
1060               assert((ss+1)->pv);
1061
1062               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1063                   rm.pv.push_back(*m);
1064
1065               // We record how often the best move has been changed in each
1066               // iteration. This information is used for time management: When
1067               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1068               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1069                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1070           }
1071           else
1072               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1073               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1074               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1075               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1076       }
1077
1078       if (value > bestValue)
1079       {
1080           bestValue = value;
1081
1082           if (value > alpha)
1083           {
1084               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1085               if (    PvNode
1086                   &&  thisThread == Threads.main()
1087                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1088                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1089                   EasyMove.clear();
1090
1091               bestMove = move;
1092
1093               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1094                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1095
1096               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1097                   alpha = value;
1098               else
1099               {
1100                   assert(value >= beta); // Fail high
1101                   break;
1102               }
1103           }
1104       }
1105
1106       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1107           quietsSearched[quietCount++] = move;
1108     }
1109
1110     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1111     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1112     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1113     /*
1114        if (Signals.stop)
1115         return VALUE_DRAW;
1116     */
1117
1118     // Step 20. Check for mate and stalemate
1119     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1120     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1121     // return a fail low score.
1122
1123     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1124
1125     if (!moveCount)
1126         bestValue = excludedMove ? alpha
1127                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1128     else if (bestMove)
1129     {
1130         int d = depth / ONE_PLY;
1131
1132         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1133         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1134         {
1135             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1136             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1137         }
1138
1139         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1140         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1141         {
1142             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1143             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1144             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1145         }
1146     }
1147     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1148     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1149              && !pos.captured_piece()
1150              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1151     {
1152         int d = depth / ONE_PLY;
1153         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1154         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1155         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1156     }
1157
1158     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1159               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1160               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1161               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1162
1163     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1164
1165     return bestValue;
1166   }
1167
1168
1169   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1170   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1171   // less than ONE_PLY).
1172
1173   template <NodeType NT, bool InCheck>
1174   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1175
1176     const bool PvNode = NT == PV;
1177
1178     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1179     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1180     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1181     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1182     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1183
1184     Move pv[MAX_PLY+1];
1185     StateInfo st;
1186     TTEntry* tte;
1187     Key posKey;
1188     Move ttMove, move, bestMove;
1189     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1190     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1191     Depth ttDepth;
1192
1193     if (PvNode)
1194     {
1195         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1196         (ss+1)->pv = pv;
1197         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1198     }
1199
1200     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1201     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1202
1203     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1204     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1205         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1206                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1207
1208     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1209
1210     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1211     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1212     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1213     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1214                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1215
1216     // Transposition table lookup
1217     posKey = pos.key();
1218     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1219     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1220     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1221
1222     if (  !PvNode
1223         && ttHit
1224         && tte->depth() >= ttDepth
1225         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1226         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1227                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1228         return ttValue;
1229
1230     // Evaluate the position statically
1231     if (InCheck)
1232     {
1233         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1234         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1235     }
1236     else
1237     {
1238         if (ttHit)
1239         {
1240             // Never assume anything on values stored in TT
1241             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1242                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1243
1244             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1245             if (ttValue != VALUE_NONE)
1246                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1247                     bestValue = ttValue;
1248         }
1249         else
1250             ss->staticEval = bestValue =
1251             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1252                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1253
1254         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1255         if (bestValue >= beta)
1256         {
1257             if (!ttHit)
1258                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1259                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1260
1261             return bestValue;
1262         }
1263
1264         if (PvNode && bestValue > alpha)
1265             alpha = bestValue;
1266
1267         futilityBase = bestValue + 128;
1268     }
1269
1270     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1271     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1272     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1273     // be generated.
1274     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1275
1276     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1277     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1278     {
1279       assert(is_ok(move));
1280
1281       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1282                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1283                   : pos.gives_check(move);
1284
1285       // Futility pruning
1286       if (   !InCheck
1287           && !givesCheck
1288           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1289           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1290       {
1291           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1292
1293           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1294
1295           if (futilityValue <= alpha)
1296           {
1297               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1298               continue;
1299           }
1300
1301           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1302           {
1303               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1304               continue;
1305           }
1306       }
1307
1308       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1309       evasionPrunable =    InCheck
1310                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1311                        && !pos.capture(move);
1312
1313       // Don't search moves with negative SEE values
1314       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1315           &&  type_of(move) != PROMOTION
1316           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1317           continue;
1318
1319       // Speculative prefetch as early as possible
1320       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1321
1322       // Check for legality just before making the move
1323       if (!pos.legal(move))
1324           continue;
1325
1326       ss->currentMove = move;
1327
1328       // Make and search the move
1329       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1330       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1331                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1332       pos.undo_move(move);
1333
1334       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1335
1336       // Check for a new best move
1337       if (value > bestValue)
1338       {
1339           bestValue = value;
1340
1341           if (value > alpha)
1342           {
1343               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1344                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1345
1346               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1347               {
1348                   alpha = value;
1349                   bestMove = move;
1350               }
1351               else // Fail high
1352               {
1353                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1354                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1355
1356                   return value;
1357               }
1358           }
1359        }
1360     }
1361
1362     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1363     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1364     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1365         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1366
1367     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1368               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1369               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1370
1371     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1372
1373     return bestValue;
1374   }
1375
1376
1377   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1378   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1379   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1380
1381   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1382
1383     assert(v != VALUE_NONE);
1384
1385     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1386           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1387   }
1388
1389
1390   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1391   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1392   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1393
1394   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1395
1396     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1397           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1398           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1399   }
1400
1401
1402   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1403
1404   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1405
1406     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1407         *pv++ = *childPv++;
1408     *pv = MOVE_NONE;
1409   }
1410
1411
1412   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1413
1414   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1415
1416     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1417     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1418     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1419
1420     if (cmh)
1421         cmh->update(pc, s, bonus);
1422
1423     if (fmh1)
1424         fmh1->update(pc, s, bonus);
1425
1426     if (fmh2)
1427         fmh2->update(pc, s, bonus);
1428   }
1429
1430
1431   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1432   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1433
1434   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1435                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1436
1437     if (ss->killers[0] != move)
1438     {
1439         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1440         ss->killers[0] = move;
1441     }
1442
1443     Color c = pos.side_to_move();
1444     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1445     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1446     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1447     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1448
1449     if ((ss-1)->counterMoves)
1450     {
1451         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1452         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1453     }
1454
1455     // Decrease all the other played quiet moves
1456     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1457     {
1458         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1459         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1460         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
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 RootMoves& 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() >= (uint64_t)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 RootMoves& 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 nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1539   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1540
1541   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1542   {
1543       bool updated = (i <= PVIdx);
1544
1545       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1546           continue;
1547
1548       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1549       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1550
1551       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1552       v = tb ? TB::Score : v;
1553
1554       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1555           ss << "\n";
1556
1557       ss << "info"
1558          << " depth "    << d / ONE_PLY
1559          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1560          << " multipv "  << i + 1
1561          << " score "    << UCI::value(v);
1562
1563       if (!tb && i == PVIdx)
1564           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1565
1566       ss << " nodes "    << nodesSearched
1567          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1568
1569       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1570           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1571
1572       ss << " tbhits "   << tbHits
1573          << " time "     << elapsed
1574          << " pv";
1575
1576       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1577           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1578   }
1579
1580   return ss.str();
1581 }
1582
1583
1584 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1585 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1586 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1587 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1588
1589 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1590
1591     StateInfo st;
1592     bool ttHit;
1593
1594     assert(pv.size() == 1);
1595
1596     if (!pv[0])
1597         return false;
1598
1599     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0]));
1600     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1601
1602     if (ttHit)
1603     {
1604         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1605         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1606             pv.push_back(m);
1607     }
1608
1609     pos.undo_move(pv[0]);
1610     return pv.size() > 1;
1611 }
1612
1613 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1614
1615     RootInTB = false;
1616     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1617     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1618     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1619
1620     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1621     if (Cardinality > MaxCardinality)
1622     {
1623         Cardinality = MaxCardinality;
1624         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1625     }
1626
1627     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1628         return;
1629
1630     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1631     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1632     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1633
1634     if (RootInTB)
1635         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1636
1637     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1638     {
1639         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1640         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1641
1642         // Only probe during search if winning
1643         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1644             Cardinality = 0;
1645     }
1646
1647     if (RootInTB && !UseRule50)
1648         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1649                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1650                                             :  VALUE_DRAW;
1651 }