Assorted trivial cleanups June 2019
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 600;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn];
75     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread.
106   struct Breadcrumb {
107     std::atomic<Thread*> thread;
108     std::atomic<Key> key;
109   };
110   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
111
112   // ThreadHolding keeps track of which thread left breadcrumbs at the given node for potential reductions.
113   // A free node will be marked upon entering the moves loop, and unmarked upon leaving that loop, by the ctor/dtor of this struct.
114   struct ThreadHolding {
115     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
116        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
117        otherThread = false;
118        owning = false;
119        if (location)
120        {
121           // see if another already marked this location, if not, mark it ourselves.
122           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
123           if (tmp == nullptr)
124           {
125               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
126               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
127               owning = true;
128           }
129           else if (   tmp != thisThread
130                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
131               otherThread = true;
132        }
133     }
134
135     ~ThreadHolding() {
136        if (owning) // free the marked location.
137            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
138     }
139
140     bool marked() { return otherThread; }
141
142     private:
143     Breadcrumb* location;
144     bool otherThread, owning;
145   };
146
147   template <NodeType NT>
148   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
149
150   template <NodeType NT>
151   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
152
153   Value value_to_tt(Value v, int ply);
154   Value value_from_tt(Value v, int ply);
155   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
156   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
157   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
158   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
159
160   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
161   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
162   template<bool Root>
163   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165     StateInfo st;
166     uint64_t cnt, nodes = 0;
167     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
168
169     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
170     {
171         if (Root && depth <= ONE_PLY)
172             cnt = 1, nodes++;
173         else
174         {
175             pos.do_move(m, st);
176             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
177             nodes += cnt;
178             pos.undo_move(m);
179         }
180         if (Root)
181             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
182     }
183     return nodes;
184   }
185
186 } // namespace
187
188
189 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
190
191 void Search::init() {
192
193   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
194       Reductions[i] = int(22.9 * std::log(i));
195 }
196
197
198 /// Search::clear() resets search state to its initial value
199
200 void Search::clear() {
201
202   Threads.main()->wait_for_search_finished();
203
204   Time.availableNodes = 0;
205   TT.clear();
206   Threads.clear();
207   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
208 }
209
210
211 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
212 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
213
214 void MainThread::search() {
215
216   if (Limits.perft)
217   {
218       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
219       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
220       return;
221   }
222
223   Color us = rootPos.side_to_move();
224   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
225   TT.new_search();
226
227   if (rootMoves.empty())
228   {
229       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
230       sync_cout << "info depth 0 score "
231                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
232                 << sync_endl;
233   }
234   else
235   {
236       for (Thread* th : Threads)
237       {
238           th->bestMoveChanges = 0;
239           if (th != this)
240               th->start_searching();
241       }
242
243       Thread::search(); // Let's start searching!
244   }
245
246   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
247   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
248   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
249   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
250   // until the GUI sends one of those commands.
251
252   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
253   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
254
255   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
256   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
257   Threads.stop = true;
258
259   // Wait until all threads have finished
260   for (Thread* th : Threads)
261       if (th != this)
262           th->wait_for_search_finished();
263
264   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
265   // the available ones before exiting.
266   if (Limits.npmsec)
267       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
268
269   Thread* bestThread = this;
270
271   // Check if there are threads with a better score than main thread
272   if (    Options["MultiPV"] == 1
273       && !Limits.depth
274       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
275       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
276   {
277       std::map<Move, int64_t> votes;
278       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
279
280       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
281       for (Thread* th: Threads)
282           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
283
284       // Vote according to score and depth, and select the best thread
285       for (Thread* th : Threads)
286       {
287           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
288               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
289
290           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
291               bestThread = th;
292       }
293   }
294
295   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
296
297   // Send again PV info if we have a new best thread
298   if (bestThread != this)
299       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
300
301   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
302
303   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
304       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
305
306   std::cout << sync_endl;
307 }
308
309
310 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
311 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
312 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
313
314 void Thread::search() {
315
316   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
317   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
318   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
319   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
320   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
321   Move  pv[MAX_PLY+1];
322   Value bestValue, alpha, beta, delta;
323   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
324   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
325   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
326   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
327   Color us = rootPos.side_to_move();
328
329   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
330   for (int i = 7; i > 0; i--)
331      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
332   ss->pv = pv;
333
334   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
335   beta = VALUE_INFINITE;
336
337   multiPV = Options["MultiPV"];
338   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
339   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
340   PRNG rng(now());
341   int intLevel = int(Options["Skill Level"]) +
342         ((Options["Skill Level"] - int(Options["Skill Level"])) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
343   Skill skill(intLevel);
344
345   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
346   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
347   if (skill.enabled())
348       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
349
350   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
351
352   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
353
354   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
355   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
356       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
357           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
358           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
359           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
360           : ct;
361
362   // Evaluation score is from the white point of view
363   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
364                           : -make_score(ct, ct / 2));
365
366   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
367   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
368          && !Threads.stop
369          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
370   {
371       // Age out PV variability metric
372       if (mainThread)
373           totBestMoveChanges /= 2;
374
375       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
376       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
377       for (RootMove& rm : rootMoves)
378           rm.previousScore = rm.score;
379
380       size_t pvFirst = 0;
381       pvLast = 0;
382
383       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
384       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
385       {
386           if (pvIdx == pvLast)
387           {
388               pvFirst = pvLast;
389               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
390                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
391                       break;
392           }
393
394           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
395           selDepth = 0;
396
397           // Reset aspiration window starting size
398           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
399           {
400               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
401               delta = Value(20);
402               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
403               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
404
405               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
406               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
407
408               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
409                                       : -make_score(dct, dct / 2));
410           }
411
412           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
413           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
414           // high/low anymore.
415           int failedHighCnt = 0;
416           while (true)
417           {
418               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
419               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
420
421               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
422               // is done with a stable algorithm because all the values but the
423               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
424               // and we want to keep the same order for all the moves except the
425               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
426               // search the already searched PV lines are preserved.
427               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
428
429               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
430               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
431               // the previous iteration.
432               if (Threads.stop)
433                   break;
434
435               // When failing high/low give some update (without cluttering
436               // the UI) before a re-search.
437               if (   mainThread
438                   && multiPV == 1
439                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
440                   && Time.elapsed() > 3000)
441                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
442
443               // In case of failing low/high increase aspiration window and
444               // re-search, otherwise exit the loop.
445               if (bestValue <= alpha)
446               {
447                   beta = (alpha + beta) / 2;
448                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
449
450                   failedHighCnt = 0;
451                   if (mainThread)
452                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
453               }
454               else if (bestValue >= beta)
455               {
456                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
457                   ++failedHighCnt;
458               }
459               else
460                   break;
461
462               delta += delta / 4 + 5;
463
464               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
465           }
466
467           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
468           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
469
470           if (    mainThread
471               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!Threads.stop)
476           completedDepth = rootDepth;
477
478       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
479          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
480          lastBestMoveDepth = rootDepth;
481       }
482
483       // Have we found a "mate in x"?
484       if (   Limits.mate
485           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
486           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
487           Threads.stop = true;
488
489       if (!mainThread)
490           continue;
491
492       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
493       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
494           skill.pick_best(multiPV);
495
496       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
497       if (    Limits.use_time_management()
498           && !Threads.stop
499           && !mainThread->stopOnPonderhit)
500       {
501           double fallingEval = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
502           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
503
504           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
505           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
506           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
507
508           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
509           for (Thread* th : Threads)
510           {
511               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
512               th->bestMoveChanges = 0;
513           }
514           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
515
516           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
517           if (   rootMoves.size() == 1
518               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
519           {
520               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
521               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
522               if (mainThread->ponder)
523                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
524               else
525                   Threads.stop = true;
526           }
527       }
528   }
529
530   if (!mainThread)
531       return;
532
533   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
534
535   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
536   if (skill.enabled())
537       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
538                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
539 }
540
541
542 namespace {
543
544   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
545
546   template <NodeType NT>
547   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
548
549     constexpr bool PvNode = NT == PV;
550     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
551
552     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
553     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
554     if (   pos.rule50_count() >= 3
555         && alpha < VALUE_DRAW
556         && !rootNode
557         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
558     {
559         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
560         if (alpha >= beta)
561             return alpha;
562     }
563
564     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
565     if (depth < ONE_PLY)
566         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
567
568     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
569     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
570     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
571     assert(!(PvNode && cutNode));
572     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
573
574     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
575     StateInfo st;
576     TTEntry* tte;
577     Key posKey;
578     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
579     Depth extension, newDepth;
580     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
581     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
582     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
583     Piece movedPiece;
584     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
585
586     // Step 1. Initialize node
587     Thread* thisThread = pos.this_thread();
588     inCheck = pos.checkers();
589     Color us = pos.side_to_move();
590     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
591     bestValue = -VALUE_INFINITE;
592     maxValue = VALUE_INFINITE;
593
594     // Check for the available remaining time
595     if (thisThread == Threads.main())
596         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
597
598     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
599     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
600         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
601
602     if (!rootNode)
603     {
604         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
605         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
606             || pos.is_draw(ss->ply)
607             || ss->ply >= MAX_PLY)
608             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
609                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
610
611         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
612         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
613         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
614         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
615         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
616         // mate. In this case return a fail-high score.
617         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
618         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
619         if (alpha >= beta)
620             return alpha;
621     }
622
623     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
624
625     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
626     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
627     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
628     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
629
630     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
631     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
632     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
633     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
634     // LMR which are based on the statScore of parent position.
635     if (rootNode)
636         (ss + 4)->statScore = 0;
637     else
638         (ss + 2)->statScore = 0;
639
640     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
641     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
642     // position key in case of an excluded move.
643     excludedMove = ss->excludedMove;
644     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
645     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
646     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
647     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
648             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
649     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
650
651     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
652     if (  !PvNode
653         && ttHit
654         && tte->depth() >= depth
655         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
656         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
657                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
658     {
659         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
660         if (ttMove)
661         {
662             if (ttValue >= beta)
663             {
664                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
665                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
666
667                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
668                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
669                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
670             }
671             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
672             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
673             {
674                 int penalty = -stat_bonus(depth);
675                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
676                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
677             }
678         }
679         return ttValue;
680     }
681
682     // Step 5. Tablebases probe
683     if (!rootNode && TB::Cardinality)
684     {
685         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
686
687         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
688             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
689             &&  pos.rule50_count() == 0
690             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
691         {
692             TB::ProbeState err;
693             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
694
695             // Force check of time on the next occasion
696             if (thisThread == Threads.main())
697                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
698
699             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
700             {
701                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
702
703                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
704
705                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
706                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
707                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
708
709                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
710                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
711
712                 if (    b == BOUND_EXACT
713                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
714                 {
715                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
716                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
717                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
718
719                     return value;
720                 }
721
722                 if (PvNode)
723                 {
724                     if (b == BOUND_LOWER)
725                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
726                     else
727                         maxValue = value;
728                 }
729             }
730         }
731     }
732
733     // Step 6. Static evaluation of the position
734     if (inCheck)
735     {
736         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
737         improving = false;
738         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
739     }
740     else if (ttHit)
741     {
742         // Never assume anything about values stored in TT
743         ss->staticEval = eval = tte->eval();
744         if (eval == VALUE_NONE)
745             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
746
747         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
748         if (    ttValue != VALUE_NONE
749             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
750             eval = ttValue;
751     }
752     else
753     {
754         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
755         {
756             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
757
758             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
759         }
760         else
761             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
762
763         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
764     }
765
766     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
767     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
768         &&  depth < 2 * ONE_PLY
769         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
770         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
771
772     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
773                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
774
775     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
776     if (   !PvNode
777         &&  depth < 7 * ONE_PLY
778         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
779         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
780         return eval;
781
782     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
783     if (   !PvNode
784         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
785         && (ss-1)->statScore < 23200
786         &&  eval >= beta
787         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
788         && !excludedMove
789         &&  pos.non_pawn_material(us)
790         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
791     {
792         assert(eval - beta >= 0);
793
794         // Null move dynamic reduction based on depth and value
795         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
796
797         ss->currentMove = MOVE_NULL;
798         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
799
800         pos.do_null_move(st);
801
802         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
803
804         pos.undo_null_move();
805
806         if (nullValue >= beta)
807         {
808             // Do not return unproven mate scores
809             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
810                 nullValue = beta;
811
812             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
813                 return nullValue;
814
815             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
816
817             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
818             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
819             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
820             thisThread->nmpColor = us;
821
822             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
823
824             thisThread->nmpMinPly = 0;
825
826             if (v >= beta)
827                 return nullValue;
828         }
829     }
830
831     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
832     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
833     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
834     if (   !PvNode
835         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
836         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
837     {
838         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
839         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
840         int probCutCount = 0;
841
842         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
843                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
844             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
845             {
846                 probCutCount++;
847
848                 ss->currentMove = move;
849                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
850
851                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
852
853                 pos.do_move(move, st);
854
855                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
856                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
857
858                 // If the qsearch held, perform the regular search
859                 if (value >= raisedBeta)
860                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
861
862                 pos.undo_move(move);
863
864                 if (value >= raisedBeta)
865                     return value;
866             }
867     }
868
869     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
870     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
871     {
872         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
873
874         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
875         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
876         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
877     }
878
879 moves_loop: // When in check, search starts from here
880
881     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
882                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
883                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
884
885     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
886
887     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
888                                       &thisThread->captureHistory,
889                                       contHist,
890                                       countermove,
891                                       ss->killers);
892
893     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
894     moveCountPruning = false;
895     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
896
897     // Mark this node as being searched.
898     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
899
900     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
901     // or a beta cutoff occurs.
902     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
903     {
904       assert(is_ok(move));
905
906       if (move == excludedMove)
907           continue;
908
909       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
910       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
911       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
912       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
913       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
914                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
915           continue;
916
917       ss->moveCount = ++moveCount;
918
919       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
920           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
921                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
922                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
923
924       // In MultiPV mode also skip moves which will be searched later as PV moves
925       if (rootNode && std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx + 1,
926                                  thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->multiPV, move))
927           continue;
928
929       if (PvNode)
930           (ss+1)->pv = nullptr;
931
932       extension = DEPTH_ZERO;
933       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
934       movedPiece = pos.moved_piece(move);
935       givesCheck = pos.gives_check(move);
936
937       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
938
939       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
940       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
941       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
942       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
943       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
944       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
945           &&  move == ttMove
946           && !rootNode
947           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
948        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
949           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
950           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
951           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
952           &&  pos.legal(move))
953       {
954           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
955           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
956           ss->excludedMove = move;
957           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
958           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
959
960           if (value < singularBeta)
961           {
962               extension = ONE_PLY;
963               singularLMR++;
964
965               if (value < singularBeta - std::min(3 * depth / ONE_PLY, 39))
966                   singularLMR++;
967           }
968
969           // Multi-cut pruning
970           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
971           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
972           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
973           // a soft bound.
974           else if (   eval >= beta
975                    && singularBeta >= beta)
976               return singularBeta;
977       }
978
979       // Check extension (~2 Elo)
980       else if (    givesCheck
981                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
982           extension = ONE_PLY;
983
984       // Castling extension
985       else if (type_of(move) == CASTLING)
986           extension = ONE_PLY;
987
988       // Shuffle extension
989       else if (   PvNode
990                && pos.rule50_count() > 18
991                && depth < 3 * ONE_PLY
992                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
993           extension = ONE_PLY;
994
995       // Passed pawn extension
996       else if (   move == ss->killers[0]
997                && pos.advanced_pawn_push(move)
998                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
999           extension = ONE_PLY;
1000
1001       // Calculate new depth for this move
1002       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
1003
1004       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1005       if (  !rootNode
1006           && pos.non_pawn_material(us)
1007           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1008       {
1009           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1010           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
1011
1012           if (   !captureOrPromotion
1013               && !givesCheck
1014               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1015           {
1016               // Move count based pruning
1017               if (moveCountPruning)
1018                   continue;
1019
1020               // Reduced depth of the next LMR search
1021               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
1022               lmrDepth /= ONE_PLY;
1023
1024               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1025               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1026                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1027                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1028                   continue;
1029
1030               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1031               if (   lmrDepth < 7
1032                   && !inCheck
1033                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
1034                   continue;
1035
1036               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1037               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
1038                   continue;
1039           }
1040           else if (  (!givesCheck || !extension)
1041                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
1042                   continue;
1043       }
1044
1045       // Speculative prefetch as early as possible
1046       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1047
1048       // Check for legality just before making the move
1049       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1050       {
1051           ss->moveCount = --moveCount;
1052           continue;
1053       }
1054
1055       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1056       ss->currentMove = move;
1057       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1058
1059       // Step 15. Make the move
1060       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1061
1062       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1063       // re-searched at full depth.
1064       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1065           &&  moveCount > 1 + 3 * rootNode
1066           && (  !captureOrPromotion
1067               || moveCountPruning
1068               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha))
1069       {
1070           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1071
1072           // Reduction if other threads are searching this position.
1073           if (th.marked())
1074               r += ONE_PLY;
1075
1076           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1077           if (ttPv)
1078               r -= 2 * ONE_PLY;
1079
1080           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1081           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1082               r -= ONE_PLY;
1083
1084           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1085           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1086
1087           if (!captureOrPromotion)
1088           {
1089               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1090               if (ttCapture)
1091                   r += ONE_PLY;
1092
1093               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1094               if (cutNode)
1095                   r += 2 * ONE_PLY;
1096
1097               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1098               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1099               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1100               else if (    type_of(move) == NORMAL
1101                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1102                   r -= 2 * ONE_PLY;
1103
1104               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1105                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1106                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1107                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1108                              - 4000;
1109
1110               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1111               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1112                   r -= ONE_PLY;
1113
1114               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1115                   r += ONE_PLY;
1116
1117               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1118               r -= ss->statScore / 16384 * ONE_PLY;
1119           }
1120
1121           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1122
1123           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1124
1125           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1126       }
1127       else
1128           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1129
1130       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1131       if (doFullDepthSearch)
1132           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1133
1134       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1135       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1136       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1137       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1138       {
1139           (ss+1)->pv = pv;
1140           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1141
1142           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1143       }
1144
1145       // Step 18. Undo move
1146       pos.undo_move(move);
1147
1148       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1149
1150       // Step 19. Check for a new best move
1151       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1152       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1153       // updating best move, PV and TT.
1154       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1155           return VALUE_ZERO;
1156
1157       if (rootNode)
1158       {
1159           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1160                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1161
1162           // PV move or new best move?
1163           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1164           {
1165               rm.score = value;
1166               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1167               rm.pv.resize(1);
1168
1169               assert((ss+1)->pv);
1170
1171               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1172                   rm.pv.push_back(*m);
1173
1174               // We record how often the best move has been changed in each
1175               // iteration. This information is used for time management: When
1176               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1177               if (moveCount > 1)
1178                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1179           }
1180           else
1181               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1182               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1183               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1184               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1185       }
1186
1187       if (value > bestValue)
1188       {
1189           bestValue = value;
1190
1191           if (value > alpha)
1192           {
1193               bestMove = move;
1194
1195               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1196                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1197
1198               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1199                   alpha = value;
1200               else
1201               {
1202                   assert(value >= beta); // Fail high
1203                   ss->statScore = 0;
1204                   break;
1205               }
1206           }
1207       }
1208
1209       if (move != bestMove)
1210       {
1211           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1212               capturesSearched[captureCount++] = move;
1213
1214           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1215               quietsSearched[quietCount++] = move;
1216       }
1217     }
1218
1219     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1220     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1221     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1222     /*
1223        if (Threads.stop)
1224         return VALUE_DRAW;
1225     */
1226
1227     // Step 20. Check for mate and stalemate
1228     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1229     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1230     // return a fail low score.
1231
1232     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1233
1234     if (!moveCount)
1235         bestValue = excludedMove ? alpha
1236                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1237     else if (bestMove)
1238     {
1239         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1240         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1241             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1242                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1243
1244         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1245
1246         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1247         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1248             && !pos.captured_piece())
1249                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1250
1251     }
1252     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1253     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1254              && !pos.captured_piece())
1255         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1256
1257     if (PvNode)
1258         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1259
1260     if (!excludedMove)
1261         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1262                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1263                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1264                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1265
1266     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1267
1268     return bestValue;
1269   }
1270
1271
1272   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1273   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1274   template <NodeType NT>
1275   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1276
1277     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1278
1279     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1280     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1281     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1282     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1283
1284     Move pv[MAX_PLY+1];
1285     StateInfo st;
1286     TTEntry* tte;
1287     Key posKey;
1288     Move ttMove, move, bestMove;
1289     Depth ttDepth;
1290     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1291     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1292     int moveCount;
1293
1294     if (PvNode)
1295     {
1296         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1297         (ss+1)->pv = pv;
1298         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1299     }
1300
1301     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1302     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1303     bestMove = MOVE_NONE;
1304     inCheck = pos.checkers();
1305     moveCount = 0;
1306
1307     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1308     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1309         || ss->ply >= MAX_PLY)
1310         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1311
1312     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1313
1314     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1315     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1316     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1317     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1318                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1319     // Transposition table lookup
1320     posKey = pos.key();
1321     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1322     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1323     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1324     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1325
1326     if (  !PvNode
1327         && ttHit
1328         && tte->depth() >= ttDepth
1329         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1330         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1331                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1332         return ttValue;
1333
1334     // Evaluate the position statically
1335     if (inCheck)
1336     {
1337         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1338         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1339     }
1340     else
1341     {
1342         if (ttHit)
1343         {
1344             // Never assume anything about values stored in TT
1345             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1346                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1347
1348             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1349             if (    ttValue != VALUE_NONE
1350                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1351                 bestValue = ttValue;
1352         }
1353         else
1354             ss->staticEval = bestValue =
1355             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1356                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1357
1358         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1359         if (bestValue >= beta)
1360         {
1361             if (!ttHit)
1362                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1363                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1364
1365             return bestValue;
1366         }
1367
1368         if (PvNode && bestValue > alpha)
1369             alpha = bestValue;
1370
1371         futilityBase = bestValue + 128;
1372     }
1373
1374     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1375                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1376                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1377
1378     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1379     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1380     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1381     // be generated.
1382     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1383                                       &thisThread->captureHistory,
1384                                       contHist,
1385                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1386
1387     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1388     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1389     {
1390       assert(is_ok(move));
1391
1392       givesCheck = pos.gives_check(move);
1393
1394       moveCount++;
1395
1396       // Futility pruning
1397       if (   !inCheck
1398           && !givesCheck
1399           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1400           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1401       {
1402           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1403
1404           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1405
1406           if (futilityValue <= alpha)
1407           {
1408               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1409               continue;
1410           }
1411
1412           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1413           {
1414               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1415               continue;
1416           }
1417       }
1418
1419       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1420       evasionPrunable =    inCheck
1421                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1422                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1423                        && !pos.capture(move);
1424
1425       // Don't search moves with negative SEE values
1426       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1427           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1428           && !pos.see_ge(move))
1429           continue;
1430
1431       // Speculative prefetch as early as possible
1432       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1433
1434       // Check for legality just before making the move
1435       if (!pos.legal(move))
1436       {
1437           moveCount--;
1438           continue;
1439       }
1440
1441       ss->currentMove = move;
1442       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1443
1444       // Make and search the move
1445       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1446       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1447       pos.undo_move(move);
1448
1449       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1450
1451       // Check for a new best move
1452       if (value > bestValue)
1453       {
1454           bestValue = value;
1455
1456           if (value > alpha)
1457           {
1458               bestMove = move;
1459
1460               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1461                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1462
1463               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1464                   alpha = value;
1465               else
1466                   break; // Fail high
1467           }
1468        }
1469     }
1470
1471     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1472     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1473     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1474         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1475
1476     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1477               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1478               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1479               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1480
1481     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1482
1483     return bestValue;
1484   }
1485
1486
1487   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1488   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1489   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1490
1491   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1492
1493     assert(v != VALUE_NONE);
1494
1495     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1496           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1497   }
1498
1499
1500   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1501   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1502   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1503
1504   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1505
1506     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1507           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1508           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1509   }
1510
1511
1512   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1513
1514   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1515
1516     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1517         *pv++ = *childPv++;
1518     *pv = MOVE_NONE;
1519   }
1520
1521
1522   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1523   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1524
1525   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1526
1527     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1528         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1529             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1530   }
1531
1532
1533   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1534
1535   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1536                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1537
1538       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1539       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1540       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1541
1542       if (pos.capture_or_promotion(move))
1543           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1544
1545       // Decrease all the other played capture moves
1546       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1547       {
1548           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1549           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1550           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1551       }
1552   }
1553
1554
1555   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1556
1557   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1558                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1559
1560     if (ss->killers[0] != move)
1561     {
1562         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1563         ss->killers[0] = move;
1564     }
1565
1566     Color us = pos.side_to_move();
1567     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1568     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1569     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1570
1571     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1572     {
1573         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1574         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1575     }
1576
1577     // Decrease all the other played quiet moves
1578     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1579     {
1580         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1581         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1582     }
1583   }
1584
1585   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1586   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1587
1588   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1589
1590     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1591     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1592
1593     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1594     Value topScore = rootMoves[0].score;
1595     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1596     int weakness = 120 - 2 * level;
1597     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1598
1599     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1600     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1601     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1602     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1603     {
1604         // This is our magic formula
1605         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1606                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1607
1608         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1609         {
1610             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1611             best = rootMoves[i].pv[0];
1612         }
1613     }
1614
1615     return best;
1616   }
1617
1618 } // namespace
1619
1620 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1621 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1622
1623 void MainThread::check_time() {
1624
1625   if (--callsCnt > 0)
1626       return;
1627
1628   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1629   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1630
1631   static TimePoint lastInfoTime = now();
1632
1633   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1634   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1635
1636   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1637   {
1638       lastInfoTime = tick;
1639       dbg_print();
1640   }
1641
1642   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1643   if (ponder)
1644       return;
1645
1646   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1647       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1648       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1649       Threads.stop = true;
1650 }
1651
1652
1653 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1654 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1655
1656 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1657
1658   std::stringstream ss;
1659   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1660   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1661   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1662   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1663   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1664   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1665
1666   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1667   {
1668       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1669
1670       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1671           continue;
1672
1673       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1674       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1675
1676       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1677       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1678
1679       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1680           ss << "\n";
1681
1682       ss << "info"
1683          << " depth "    << d / ONE_PLY
1684          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1685          << " multipv "  << i + 1
1686          << " score "    << UCI::value(v);
1687
1688       if (!tb && i == pvIdx)
1689           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1690
1691       ss << " nodes "    << nodesSearched
1692          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1693
1694       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1695           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1696
1697       ss << " tbhits "   << tbHits
1698          << " time "     << elapsed
1699          << " pv";
1700
1701       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1702           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1703   }
1704
1705   return ss.str();
1706 }
1707
1708
1709 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1710 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1711 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1712 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1713
1714 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1715
1716     StateInfo st;
1717     bool ttHit;
1718
1719     assert(pv.size() == 1);
1720
1721     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1722         return false;
1723
1724     pos.do_move(pv[0], st);
1725     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1726
1727     if (ttHit)
1728     {
1729         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1730         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1731             pv.push_back(m);
1732     }
1733
1734     pos.undo_move(pv[0]);
1735     return pv.size() > 1;
1736 }
1737
1738 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1739
1740     RootInTB = false;
1741     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1742     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1743     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1744     bool dtz_available = true;
1745
1746     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1747     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1748     if (Cardinality > MaxCardinality)
1749     {
1750         Cardinality = MaxCardinality;
1751         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1752     }
1753
1754     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1755     {
1756         // Rank moves using DTZ tables
1757         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1758
1759         if (!RootInTB)
1760         {
1761             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1762             dtz_available = false;
1763             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1764         }
1765     }
1766
1767     if (RootInTB)
1768     {
1769         // Sort moves according to TB rank
1770         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1771                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1772
1773         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1774         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1775             Cardinality = 0;
1776     }
1777     else
1778     {
1779         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1780         for (auto& m : rootMoves)
1781             m.tbRank = 0;
1782     }
1783 }