Only main thread checks time
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
67   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
68   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
69
70   // Razoring and futility margin based on depth
71   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
72   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
73   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
74
75   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
76   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
77   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
78
79   // Threshold used for countermoves based pruning
80   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
81
82   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
84   }
85
86   // History and stats update bonus, based on depth
87   int stat_bonus(Depth depth) {
88     int d = depth / ONE_PLY;
89     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
90   }
91
92   // Skill structure is used to implement strength limit
93   struct Skill {
94     Skill(int l) : level(l) {}
95     bool enabled() const { return level < 20; }
96     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
97     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
105   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
106   struct EasyMoveManager {
107
108     void clear() {
109       stableCnt = 0;
110       expectedPosKey = 0;
111       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
112     }
113
114     Move get(Key key) const {
115       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
116     }
117
118     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
119
120       assert(newPv.size() >= 3);
121
122       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
123       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
124
125       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
126       {
127           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
128
129           StateInfo st[2];
130           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
131           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
132           expectedPosKey = pos.key();
133           pos.undo_move(newPv[1]);
134           pos.undo_move(newPv[0]);
135       }
136     }
137
138     int stableCnt;
139     Key expectedPosKey;
140     Move pv[3];
141   };
142
143   EasyMoveManager EasyMove;
144   Value DrawValue[COLOR_NB];
145
146   template <NodeType NT>
147   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
148
149   template <NodeType NT, bool InCheck>
150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
151
152   Value value_to_tt(Value v, int ply);
153   Value value_from_tt(Value v, int ply);
154   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
155   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
156   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
157
158 } // namespace
159
160
161 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
162
163 void Search::init() {
164
165   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
166       for (int d = 1; d < 64; ++d)
167           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
168           {
169               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
170
171               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
172               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
173
174               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
175               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
176                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
177           }
178
179   for (int d = 0; d < 16; ++d)
180   {
181       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
182       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
183   }
184 }
185
186
187 /// Search::clear() resets search state to its initial value, to obtain reproducible results
188
189 void Search::clear() {
190
191   TT.clear();
192
193   for (Thread* th : Threads)
194   {
195       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
196       th->history.fill(0);
197
198       for (auto& to : th->counterMoveHistory)
199           for (auto& h : to)
200               h.fill(0);
201
202       th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
203   }
204
205   Threads.main()->callsCnt = 0;
206   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
207 }
208
209
210 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
211 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
212 template<bool Root>
213 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
214
215   StateInfo st;
216   uint64_t cnt, nodes = 0;
217   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
218
219   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
220   {
221       if (Root && depth <= ONE_PLY)
222           cnt = 1, nodes++;
223       else
224       {
225           pos.do_move(m, st);
226           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
227           nodes += cnt;
228           pos.undo_move(m);
229       }
230       if (Root)
231           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
232   }
233   return nodes;
234 }
235
236 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
237
238
239 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
240 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
241
242 void MainThread::search() {
243
244   Color us = rootPos.side_to_move();
245   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
246   TT.new_search();
247
248   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
249   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
250   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
251
252   if (rootMoves.empty())
253   {
254       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
255       sync_cout << "info depth 0 score "
256                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
257                 << sync_endl;
258   }
259   else
260   {
261       for (Thread* th : Threads)
262           if (th != this)
263               th->start_searching();
264
265       Thread::search(); // Let's start searching!
266   }
267
268   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
269   // the available ones before exiting.
270   if (Limits.npmsec)
271       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
272
273   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
274   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
275   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
276   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
277   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
278   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
279   {
280       Signals.stopOnPonderhit = true;
281       wait(Signals.stop);
282   }
283
284   // Stop the threads if not already stopped
285   Signals.stop = true;
286
287   // Wait until all threads have finished
288   for (Thread* th : Threads)
289       if (th != this)
290           th->wait_for_search_finished();
291
292   // Check if there are threads with a better score than main thread
293   Thread* bestThread = this;
294   if (   !this->easyMovePlayed
295       &&  Options["MultiPV"] == 1
296       && !Limits.depth
297       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
298       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
299   {
300       for (Thread* th : Threads)
301       {
302           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
303           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
304
305           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
306               bestThread = th;
307       }
308   }
309
310   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
311
312   // Send new PV when needed
313   if (bestThread != this)
314       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
315
316   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
317
318   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
319       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
320
321   std::cout << sync_endl;
322 }
323
324
325 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
326 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
327 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
328
329 void Thread::search() {
330
331   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
332   Value bestValue, alpha, beta, delta;
333   Move easyMove = MOVE_NONE;
334   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
335
336   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
337   for (int i = 4; i > 0; i--)
338      (ss-i)->history = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
339
340   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
341   beta = VALUE_INFINITE;
342   completedDepth = DEPTH_ZERO;
343
344   if (mainThread)
345   {
346       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
347       EasyMove.clear();
348       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
349       mainThread->bestMoveChanges = 0;
350   }
351
352   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
353   Skill skill(Options["Skill Level"]);
354
355   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
356   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
357   if (skill.enabled())
358       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
359
360   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
361
362   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
363   while (   (rootDepth = rootDepth + ONE_PLY) < DEPTH_MAX
364          && !Signals.stop
365          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
366   {
367       // Distribute search depths across the threads
368       if (idx)
369       {
370           int i = (idx - 1) % 20;
371           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
372               continue;
373       }
374
375       // Age out PV variability metric
376       if (mainThread)
377           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
378
379       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
380       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
381       for (RootMove& rm : rootMoves)
382           rm.previousScore = rm.score;
383
384       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
385       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
386       {
387           // Reset aspiration window starting size
388           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
389           {
390               delta = Value(18);
391               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
392               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
393           }
394
395           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
396           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
397           // high/low anymore.
398           while (true)
399           {
400               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
401
402               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
403               // is done with a stable algorithm because all the values but the
404               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
405               // and we want to keep the same order for all the moves except the
406               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
407               // search the already searched PV lines are preserved.
408               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
409
410               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
411               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
412               // valid, although it refers to the previous iteration.
413               if (Signals.stop)
414                   break;
415
416               // When failing high/low give some update (without cluttering
417               // the UI) before a re-search.
418               if (   mainThread
419                   && multiPV == 1
420                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
421                   && Time.elapsed() > 3000)
422                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
423
424               // In case of failing low/high increase aspiration window and
425               // re-search, otherwise exit the loop.
426               if (bestValue <= alpha)
427               {
428                   beta = (alpha + beta) / 2;
429                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
430
431                   if (mainThread)
432                   {
433                       mainThread->failedLow = true;
434                       Signals.stopOnPonderhit = false;
435                   }
436               }
437               else if (bestValue >= beta)
438               {
439                   alpha = (alpha + beta) / 2;
440                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
441               }
442               else
443                   break;
444
445               delta += delta / 4 + 5;
446
447               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
448           }
449
450           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
451           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
452
453           if (!mainThread)
454               continue;
455
456           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
457               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
458       }
459
460       if (!Signals.stop)
461           completedDepth = rootDepth;
462
463       if (!mainThread)
464           continue;
465
466       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
467       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
468           skill.pick_best(multiPV);
469
470       // Have we found a "mate in x"?
471       if (   Limits.mate
472           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
473           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
474           Signals.stop = true;
475
476       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
477       if (Limits.use_time_management())
478       {
479           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
480           {
481               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
482               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
483               // from the previous search and just did a fast verification.
484               const int F[] = { mainThread->failedLow,
485                                 bestValue - mainThread->previousScore };
486
487               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
488               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
489
490               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
491                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
492                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
493
494               if (   rootMoves.size() == 1
495                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
496                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
497               {
498                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
499                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
500                   if (Limits.ponder)
501                       Signals.stopOnPonderhit = true;
502                   else
503                       Signals.stop = true;
504               }
505           }
506
507           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
508               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
509           else
510               EasyMove.clear();
511       }
512   }
513
514   if (!mainThread)
515       return;
516
517   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
518   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
519   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
520       EasyMove.clear();
521
522   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
523   if (skill.enabled())
524       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
525                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
526 }
527
528
529 namespace {
530
531   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
532
533   template <NodeType NT>
534   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
535
536     const bool PvNode = NT == PV;
537     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
538
539     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
540     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
541     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
542     assert(!(PvNode && cutNode));
543     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
544
545     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
546     StateInfo st;
547     TTEntry* tte;
548     Key posKey;
549     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
550     Depth extension, newDepth;
551     Value bestValue, value, ttValue, eval;
552     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
553     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
554     Piece moved_piece;
555     int moveCount, quietCount;
556
557     // Step 1. Initialize node
558     Thread* thisThread = pos.this_thread();
559     inCheck = pos.checkers();
560     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
561     ss->statScore = 0;
562     bestValue = -VALUE_INFINITE;
563     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
564
565     // Check for the available remaining time
566     if (thisThread == Threads.main())
567         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
568
569     // Used to send selDepth info to GUI
570     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
571         thisThread->maxPly = ss->ply;
572
573     if (!rootNode)
574     {
575         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
576         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
577             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
578                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
579
580         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
581         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
582         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
583         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
584         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
585         // mate. In this case return a fail-high score.
586         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
587         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
588         if (alpha >= beta)
589             return alpha;
590     }
591
592     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
593
594     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
595     ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
596     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
597     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
598
599     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
600     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
601     // position key in case of an excluded move.
602     excludedMove = ss->excludedMove;
603     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
604     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
605     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
606     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
607             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
608
609     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
610     if (  !PvNode
611         && ttHit
612         && tte->depth() >= depth
613         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
614         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
615                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
616     {
617         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
618         if (ttMove)
619         {
620             if (ttValue >= beta)
621             {
622                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
623                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
624
625                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
626                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
627                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
628             }
629             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
630             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
631             {
632                 int penalty = -stat_bonus(depth);
633                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
634                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
635             }
636         }
637         return ttValue;
638     }
639
640     // Step 4a. Tablebase probe
641     if (!rootNode && TB::Cardinality)
642     {
643         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
644
645         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
646             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
647             &&  pos.rule50_count() == 0
648             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
649         {
650             TB::ProbeState err;
651             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
652
653             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
654             {
655                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
656
657                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
658
659                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
660                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
661                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
662
663                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
664                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
665                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
666
667                 return value;
668             }
669         }
670     }
671
672     // Step 5. Evaluate the position statically
673     if (inCheck)
674     {
675         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
676         goto moves_loop;
677     }
678
679     else if (ttHit)
680     {
681         // Never assume anything on values stored in TT
682         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
683             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
684
685         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
686         if (ttValue != VALUE_NONE)
687             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
688                 eval = ttValue;
689     }
690     else
691     {
692         eval = ss->staticEval =
693         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
694                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
695
696         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
697                   ss->staticEval, TT.generation());
698     }
699
700     if (skipEarlyPruning)
701         goto moves_loop;
702
703     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
704     if (   !PvNode
705         &&  depth < 4 * ONE_PLY
706         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
707     {
708         if (depth <= ONE_PLY)
709             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
710
711         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
712         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
713         if (v <= ralpha)
714             return v;
715     }
716
717     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
718     if (   !rootNode
719         &&  depth < 7 * ONE_PLY
720         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
721         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
722         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
723         return eval;
724
725     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
726     if (   !PvNode
727         &&  eval >= beta
728         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
729         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
730     {
731
732         assert(eval - beta >= 0);
733
734         // Null move dynamic reduction based on depth and value
735         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
736
737         ss->currentMove = MOVE_NULL;
738         ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
739
740         pos.do_null_move(st);
741         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
742                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
743         pos.undo_null_move();
744
745         if (nullValue >= beta)
746         {
747             // Do not return unproven mate scores
748             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
749                 nullValue = beta;
750
751             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
752                 return nullValue;
753
754             // Do verification search at high depths
755             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
756                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
757
758             if (v >= beta)
759                 return nullValue;
760         }
761     }
762
763     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
764     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
765     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
766     if (   !PvNode
767         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
768         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
769     {
770         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
771
772         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
773
774         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
775
776         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
777             if (pos.legal(move))
778             {
779                 ss->currentMove = move;
780                 ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
781
782                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
783                 pos.do_move(move, st);
784                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
785                 pos.undo_move(move);
786                 if (value >= rbeta)
787                     return value;
788             }
789     }
790
791     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
792     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
793         && !ttMove
794         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
795     {
796         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
797         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
798
799         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
800         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
801     }
802
803 moves_loop: // When in check search starts from here
804
805     const PieceToHistory& cmh = *(ss-1)->history;
806     const PieceToHistory& fmh = *(ss-2)->history;
807     const PieceToHistory& fm2 = *(ss-4)->history;
808
809     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
810     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
811     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
812             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
813                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
814
815     singularExtensionNode =   !rootNode
816                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
817                            &&  ttMove != MOVE_NONE
818                            &&  ttValue != VALUE_NONE
819                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
820                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
821                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
822     skipQuiets = false;
823     ttCapture = false;
824
825     // Step 11. Loop through moves
826     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
827     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
828     {
829       assert(is_ok(move));
830
831       if (move == excludedMove)
832           continue;
833
834       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
835       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
836       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
837       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
838                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
839           continue;
840
841       ss->moveCount = ++moveCount;
842
843       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
844           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
845                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
846                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
847
848       if (PvNode)
849           (ss+1)->pv = nullptr;
850
851       extension = DEPTH_ZERO;
852       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
853       moved_piece = pos.moved_piece(move);
854
855       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
856                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
857                   : pos.gives_check(move);
858
859       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
860                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
861
862       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
863
864       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
865       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
866       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
867       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
868       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
869       if (    singularExtensionNode
870           &&  move == ttMove
871           &&  pos.legal(move))
872       {
873           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
874           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
875           ss->excludedMove = move;
876           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
877           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
878
879           if (value < rBeta)
880               extension = ONE_PLY;
881       }
882       else if (    givesCheck
883                && !moveCountPruning
884                &&  pos.see_ge(move))
885           extension = ONE_PLY;
886
887       // Calculate new depth for this move
888       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
889
890       // Step 13. Pruning at shallow depth
891       if (  !rootNode
892           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
893           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
894       {
895           if (   !captureOrPromotion
896               && !givesCheck
897               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
898           {
899               // Move count based pruning
900               if (moveCountPruning)
901               {
902                   skipQuiets = true;
903                   continue;
904               }
905
906               // Reduced depth of the next LMR search
907               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
908
909               // Countermoves based pruning
910               if (   lmrDepth < 3
911                   && (cmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
912                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
913                   continue;
914
915               // Futility pruning: parent node
916               if (   lmrDepth < 7
917                   && !inCheck
918                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
919                   continue;
920
921               // Prune moves with negative SEE
922               if (   lmrDepth < 8
923                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
924                   continue;
925           }
926           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
927                    && !extension
928                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
929                   continue;
930       }
931
932       // Speculative prefetch as early as possible
933       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
934
935       // Check for legality just before making the move
936       if (!rootNode && !pos.legal(move))
937       {
938           ss->moveCount = --moveCount;
939           continue;
940       }
941
942       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
943           ttCapture = true;
944
945       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
946       ss->currentMove = move;
947       ss->history = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
948
949       // Step 14. Make the move
950       pos.do_move(move, st, givesCheck);
951
952       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
953       // re-searched at full depth.
954       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
955           &&  moveCount > 1
956           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
957       {
958           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
959
960           if (captureOrPromotion)
961               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
962           else
963           {
964               // Increase reduction if ttMove is a capture
965               if (ttCapture)
966                   r += ONE_PLY;
967
968               // Increase reduction for cut nodes
969               if (cutNode)
970                   r += 2 * ONE_PLY;
971
972               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
973               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
974               // hence break make_move().
975               else if (    type_of(move) == NORMAL
976                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
977                   r -= 2 * ONE_PLY;
978
979               ss->statScore =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
980                              + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
981                              + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
982                              + thisThread->history[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
983                              - 4000; // Correction factor
984
985               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
986               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
987                   r -= ONE_PLY;
988
989               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
990                   r += ONE_PLY;
991
992               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
993               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
994           }
995
996           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
997
998           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
999
1000           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1001       }
1002       else
1003           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1004
1005       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1006       if (doFullDepthSearch)
1007           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1008                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1009                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1010                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1011
1012       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1013       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1014       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1015       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1016       {
1017           (ss+1)->pv = pv;
1018           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1019
1020           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1021                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1022                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1023                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1024       }
1025
1026       // Step 17. Undo move
1027       pos.undo_move(move);
1028
1029       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1030
1031       // Step 18. Check for a new best move
1032       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1033       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1034       // updating best move, PV and TT.
1035       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1036           return VALUE_ZERO;
1037
1038       if (rootNode)
1039       {
1040           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1041                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1042
1043           // PV move or new best move ?
1044           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1045           {
1046               rm.score = value;
1047               rm.pv.resize(1);
1048
1049               assert((ss+1)->pv);
1050
1051               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1052                   rm.pv.push_back(*m);
1053
1054               // We record how often the best move has been changed in each
1055               // iteration. This information is used for time management: When
1056               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1057               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1058                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1059           }
1060           else
1061               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1062               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1063               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1064               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1065       }
1066
1067       if (value > bestValue)
1068       {
1069           bestValue = value;
1070
1071           if (value > alpha)
1072           {
1073               bestMove = move;
1074
1075               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1076                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1077
1078               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1079                   alpha = value;
1080               else
1081               {
1082                   assert(value >= beta); // Fail high
1083                   break;
1084               }
1085           }
1086       }
1087
1088       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1089           quietsSearched[quietCount++] = move;
1090     }
1091
1092     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1093     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1094     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1095     /*
1096        if (Signals.stop)
1097         return VALUE_DRAW;
1098     */
1099
1100     // Step 20. Check for mate and stalemate
1101     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1102     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1103     // return a fail low score.
1104
1105     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1106
1107     if (!moveCount)
1108         bestValue = excludedMove ? alpha
1109                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1110     else if (bestMove)
1111     {
1112         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1113         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1114             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1115
1116         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1117         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1118             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1119     }
1120     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1121     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1122              && !pos.captured_piece()
1123              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1124         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1125
1126     if (!excludedMove)
1127         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1128                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1129                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1130                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1131
1132     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1133
1134     return bestValue;
1135   }
1136
1137
1138   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1139   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1140
1141   template <NodeType NT, bool InCheck>
1142   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1143
1144     const bool PvNode = NT == PV;
1145
1146     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1147     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1148     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1149     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1150     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1151
1152     Move pv[MAX_PLY+1];
1153     StateInfo st;
1154     TTEntry* tte;
1155     Key posKey;
1156     Move ttMove, move, bestMove;
1157     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1158     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1159     Depth ttDepth;
1160     int moveCount;
1161
1162     if (PvNode)
1163     {
1164         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1165         (ss+1)->pv = pv;
1166         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1167     }
1168
1169     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1170     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1171     moveCount = 0;
1172
1173     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1174     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1175         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1176                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1177
1178     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1179
1180     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1181     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1182     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1183     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1184                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1185
1186     // Transposition table lookup
1187     posKey = pos.key();
1188     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1189     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1190     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1191
1192     if (  !PvNode
1193         && ttHit
1194         && tte->depth() >= ttDepth
1195         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1196         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1197                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1198         return ttValue;
1199
1200     // Evaluate the position statically
1201     if (InCheck)
1202     {
1203         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1204         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1205     }
1206     else
1207     {
1208         if (ttHit)
1209         {
1210             // Never assume anything on values stored in TT
1211             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1212                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1213
1214             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1215             if (ttValue != VALUE_NONE)
1216                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1217                     bestValue = ttValue;
1218         }
1219         else
1220             ss->staticEval = bestValue =
1221             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1222                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1223
1224         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1225         if (bestValue >= beta)
1226         {
1227             if (!ttHit)
1228                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1229                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1230
1231             return bestValue;
1232         }
1233
1234         if (PvNode && bestValue > alpha)
1235             alpha = bestValue;
1236
1237         futilityBase = bestValue + 128;
1238     }
1239
1240     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1241     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1242     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1243     // be generated.
1244     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1245
1246     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1247     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1248     {
1249       assert(is_ok(move));
1250
1251       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1252                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1253                   : pos.gives_check(move);
1254
1255       moveCount++;
1256
1257       // Futility pruning
1258       if (   !InCheck
1259           && !givesCheck
1260           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1261           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1262       {
1263           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1264
1265           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1266
1267           if (futilityValue <= alpha)
1268           {
1269               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1270               continue;
1271           }
1272
1273           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1274           {
1275               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1276               continue;
1277           }
1278       }
1279
1280       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1281       evasionPrunable =    InCheck
1282                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1283                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1284                        && !pos.capture(move);
1285
1286       // Don't search moves with negative SEE values
1287       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1288           &&  type_of(move) != PROMOTION
1289           &&  !pos.see_ge(move))
1290           continue;
1291
1292       // Speculative prefetch as early as possible
1293       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1294
1295       // Check for legality just before making the move
1296       if (!pos.legal(move))
1297       {
1298           moveCount--;
1299           continue;
1300       }
1301
1302       ss->currentMove = move;
1303
1304       // Make and search the move
1305       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1306       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1307                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1308       pos.undo_move(move);
1309
1310       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1311
1312       // Check for a new best move
1313       if (value > bestValue)
1314       {
1315           bestValue = value;
1316
1317           if (value > alpha)
1318           {
1319               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1320                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1321
1322               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1323               {
1324                   alpha = value;
1325                   bestMove = move;
1326               }
1327               else // Fail high
1328               {
1329                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1330                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1331
1332                   return value;
1333               }
1334           }
1335        }
1336     }
1337
1338     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1339     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1340     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1341         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1342
1343     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1344               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1345               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1348
1349     return bestValue;
1350   }
1351
1352
1353   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1354   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1355   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1356
1357   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1358
1359     assert(v != VALUE_NONE);
1360
1361     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1362           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1363   }
1364
1365
1366   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1367   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1368   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1369
1370   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1371
1372     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1373           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1374           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1375   }
1376
1377
1378   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1379
1380   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1381
1382     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1383         *pv++ = *childPv++;
1384     *pv = MOVE_NONE;
1385   }
1386
1387
1388   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1389
1390   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus) {
1391
1392     for (int i : {1, 2, 4})
1393         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1394             (ss-i)->history->update(pc, s, bonus);
1395   }
1396
1397
1398   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1399
1400   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1401                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1402
1403     if (ss->killers[0] != move)
1404     {
1405         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1406         ss->killers[0] = move;
1407     }
1408
1409     Color c = pos.side_to_move();
1410     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1411     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1412     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1413
1414     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1415     {
1416         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1417         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq]=move;
1418     }
1419
1420     // Decrease all the other played quiet moves
1421     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1422     {
1423         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1424         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1425     }
1426   }
1427
1428
1429   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1430   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1431
1432   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1433
1434     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1435     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1436
1437     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1438     Value topScore = rootMoves[0].score;
1439     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1440     int weakness = 120 - 2 * level;
1441     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1442
1443     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1444     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1445     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1446     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1447     {
1448         // This is our magic formula
1449         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1450                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1451
1452         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1453         {
1454             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1455             best = rootMoves[i].pv[0];
1456         }
1457     }
1458
1459     return best;
1460   }
1461
1462 } // namespace
1463
1464   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1465   // when we are out of available time and thus stop the search.
1466
1467   void MainThread::check_time() {
1468
1469     if (--callsCnt > 0)
1470         return;
1471
1472     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1473     // otherwise use a default value.
1474     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1475
1476     static TimePoint lastInfoTime = now();
1477
1478     int elapsed = Time.elapsed();
1479     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1480
1481     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1482     {
1483         lastInfoTime = tick;
1484         dbg_print();
1485     }
1486
1487     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1488     if (Limits.ponder)
1489         return;
1490
1491     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1492         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1493         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1494             Signals.stop = true;
1495   }
1496
1497
1498 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1499 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1500
1501 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1502
1503   std::stringstream ss;
1504   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1505   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1506   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1507   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1508   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1509   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1510
1511   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1512   {
1513       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1514
1515       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1516           continue;
1517
1518       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1519       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1520
1521       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1522       v = tb ? TB::Score : v;
1523
1524       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1525           ss << "\n";
1526
1527       ss << "info"
1528          << " depth "    << d / ONE_PLY
1529          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1530          << " multipv "  << i + 1
1531          << " score "    << UCI::value(v);
1532
1533       if (!tb && i == PVIdx)
1534           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1535
1536       ss << " nodes "    << nodesSearched
1537          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1538
1539       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1540           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1541
1542       ss << " tbhits "   << tbHits
1543          << " time "     << elapsed
1544          << " pv";
1545
1546       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1547           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1548   }
1549
1550   return ss.str();
1551 }
1552
1553
1554 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1555 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1556 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1557 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1558
1559 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1560
1561     StateInfo st;
1562     bool ttHit;
1563
1564     assert(pv.size() == 1);
1565
1566     if (!pv[0])
1567         return false;
1568
1569     pos.do_move(pv[0], st);
1570     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1571
1572     if (ttHit)
1573     {
1574         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1575         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1576             pv.push_back(m);
1577     }
1578
1579     pos.undo_move(pv[0]);
1580     return pv.size() > 1;
1581 }
1582
1583 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1584
1585     RootInTB = false;
1586     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1587     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1588     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1589
1590     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1591     if (Cardinality > MaxCardinality)
1592     {
1593         Cardinality = MaxCardinality;
1594         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1595     }
1596
1597     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1598         return;
1599
1600     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1601     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1602     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1603
1604     if (RootInTB)
1605         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1606
1607     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1608     {
1609         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1610         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1611
1612         // Only probe during search if winning
1613         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1614             Cardinality = 0;
1615     }
1616
1617     if (RootInTB && !UseRule50)
1618         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1619                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1620                                             :  VALUE_DRAW;
1621 }