Remove QueenMinorsImbalance array #1340
[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   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
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 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
101
102   template <NodeType NT, bool InCheck>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111   bool pv_is_draw(Position& pos);
112
113   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
114   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
115   template<bool Root>
116   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
117
118     StateInfo st;
119     uint64_t cnt, nodes = 0;
120     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
121
122     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
123     {
124         if (Root && depth <= ONE_PLY)
125             cnt = 1, nodes++;
126         else
127         {
128             pos.do_move(m, st);
129             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
130             nodes += cnt;
131             pos.undo_move(m);
132         }
133         if (Root)
134             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
135     }
136     return nodes;
137   }
138
139 } // namespace
140
141
142 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
143
144 void Search::init() {
145
146   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
147       for (int d = 1; d < 64; ++d)
148           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
149           {
150               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
151
152               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
153               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
154
155               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
156               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
157                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
158           }
159
160   for (int d = 0; d < 16; ++d)
161   {
162       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
163       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
164   }
165 }
166
167
168 /// Search::clear() resets search state to its initial value
169
170 void Search::clear() {
171
172   Threads.main()->wait_for_search_finished();
173
174   Time.availableNodes = 0;
175   TT.clear();
176
177   for (Thread* th : Threads)
178       th->clear();
179
180   Threads.main()->callsCnt = 0;
181   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
182   Threads.main()->previousTimeReduction = 1;
183 }
184
185
186 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
187 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
188
189 void MainThread::search() {
190
191   if (Limits.perft)
192   {
193       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
194       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
195       return;
196   }
197
198   Color us = rootPos.side_to_move();
199   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
200   TT.new_search();
201
202   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
203
204   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(contempt, contempt / 2)
205                                 : -make_score(contempt, contempt / 2));
206
207   if (rootMoves.empty())
208   {
209       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
210       sync_cout << "info depth 0 score "
211                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
212                 << sync_endl;
213   }
214   else
215   {
216       for (Thread* th : Threads)
217           if (th != this)
218               th->start_searching();
219
220       Thread::search(); // Let's start searching!
221   }
222
223   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
224   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
225   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
226   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
227   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
228   Threads.stopOnPonderhit = true;
229
230   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
231   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
232
233   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
234   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
235   Threads.stop = true;
236
237   // Wait until all threads have finished
238   for (Thread* th : Threads)
239       if (th != this)
240           th->wait_for_search_finished();
241
242   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
243   // the available ones before exiting.
244   if (Limits.npmsec)
245       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
246
247   // Check if there are threads with a better score than main thread
248   Thread* bestThread = this;
249   if (    Options["MultiPV"] == 1
250       && !Limits.depth
251       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
252       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
253   {
254       for (Thread* th : Threads)
255       {
256           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
257           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
258
259           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
260           if (    scoreDiff > 0
261               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
262               bestThread = th;
263       }
264   }
265
266   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
267
268   // Send new PV when needed
269   if (bestThread != this)
270       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
271
272   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
273
274   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
275       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
276
277   std::cout << sync_endl;
278 }
279
280
281 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
282 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
283 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
284
285 void Thread::search() {
286
287   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
288   Value bestValue, alpha, beta, delta;
289   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
290   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
291   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
292   double timeReduction = 1.0;
293
294   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
295   for (int i = 4; i > 0; i--)
296      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
297
298   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
299   beta = VALUE_INFINITE;
300
301   if (mainThread)
302   {
303       mainThread->failedLow = false;
304       mainThread->bestMoveChanges = 0;
305   }
306
307   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
308   Skill skill(Options["Skill Level"]);
309
310   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
311   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
312   if (skill.enabled())
313       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
314
315   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
316
317   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
318   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
319          && !Threads.stop
320          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
321   {
322       // Distribute search depths across the threads
323       if (idx)
324       {
325           int i = (idx - 1) % 20;
326           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
327               continue;
328       }
329
330       // Age out PV variability metric
331       if (mainThread)
332           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
333
334       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
335       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
336       for (RootMove& rm : rootMoves)
337           rm.previousScore = rm.score;
338
339       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
340       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
341       {
342           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
343           selDepth = 0;
344
345           // Reset aspiration window starting size
346           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
347           {
348               delta = Value(18);
349               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
350               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
351           }
352
353           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
354           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
355           // high/low anymore.
356           while (true)
357           {
358               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
359
360               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
361               // is done with a stable algorithm because all the values but the
362               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
363               // and we want to keep the same order for all the moves except the
364               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
365               // search the already searched PV lines are preserved.
366               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
367
368               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
369               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
370               // valid, although it refers to the previous iteration.
371               if (Threads.stop)
372                   break;
373
374               // When failing high/low give some update (without cluttering
375               // the UI) before a re-search.
376               if (   mainThread
377                   && multiPV == 1
378                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
379                   && Time.elapsed() > 3000)
380                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
381
382               // In case of failing low/high increase aspiration window and
383               // re-search, otherwise exit the loop.
384               if (bestValue <= alpha)
385               {
386                   beta = (alpha + beta) / 2;
387                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
388
389                   if (mainThread)
390                   {
391                       mainThread->failedLow = true;
392                       Threads.stopOnPonderhit = false;
393                   }
394               }
395               else if (bestValue >= beta)
396                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
397               else
398                   break;
399
400               delta += delta / 4 + 5;
401
402               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
403           }
404
405           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
406           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
407
408           if (    mainThread
409               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
410               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
411       }
412
413       if (!Threads.stop)
414           completedDepth = rootDepth;
415
416       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
417          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
418          lastBestMoveDepth = rootDepth;
419       }
420
421       // Have we found a "mate in x"?
422       if (   Limits.mate
423           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
424           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
425           Threads.stop = true;
426
427       if (!mainThread)
428           continue;
429
430       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
431       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
432           skill.pick_best(multiPV);
433
434       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
435       if (Limits.use_time_management())
436       {
437           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
438           {
439               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
440               // of the available time has been used
441               const int F[] = { mainThread->failedLow,
442                                 bestValue - mainThread->previousScore };
443               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
444
445               Color us = rootPos.side_to_move();
446               bool thinkHard =    bestValue == VALUE_DRAW
447                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
448                                && ::pv_is_draw(rootPos);
449
450               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
451
452               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
453               // the longer the move has been stable, the more.
454               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
455               timeReduction = 1;
456               for (int i : {3, 4, 5})
457                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
458                      timeReduction *= 1.3;
459               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
460
461               if (   rootMoves.size() == 1
462                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
463               {
464                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
465                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
466                   if (Threads.ponder)
467                       Threads.stopOnPonderhit = true;
468                   else
469                       Threads.stop = true;
470               }
471           }
472       }
473   }
474
475   if (!mainThread)
476       return;
477
478   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
479
480   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
481   if (skill.enabled())
482       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
483                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
484 }
485
486
487 namespace {
488
489   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
490
491   template <NodeType NT>
492   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
493
494     const bool PvNode = NT == PV;
495     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
496
497     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
498     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
499     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
500     assert(!(PvNode && cutNode));
501     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
502
503     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
504     StateInfo st;
505     TTEntry* tte;
506     Key posKey;
507     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
508     Depth extension, newDepth;
509     Value bestValue, value, ttValue, eval;
510     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
511     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
512     Piece movedPiece;
513     int moveCount, captureCount, quietCount;
514
515     // Step 1. Initialize node
516     Thread* thisThread = pos.this_thread();
517     inCheck = pos.checkers();
518     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
519     ss->statScore = 0;
520     bestValue = -VALUE_INFINITE;
521
522     // Check for the available remaining time
523     if (thisThread == Threads.main())
524         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
525
526     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
527     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
528         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
529
530     if (!rootNode)
531     {
532         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
533         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
534             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
535
536         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
537         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
538         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
539         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
540         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
541         // mate. In this case return a fail-high score.
542         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
543         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
544         if (alpha >= beta)
545             return alpha;
546     }
547
548     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
549
550     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
551     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
552     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
553     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
554     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
555
556     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
557     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
558     // position key in case of an excluded move.
559     excludedMove = ss->excludedMove;
560     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
561     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
562     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
563     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
564             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
565
566     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
567     if (  !PvNode
568         && ttHit
569         && tte->depth() >= depth
570         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
571         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
572                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
573     {
574         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
575         if (ttMove)
576         {
577             if (ttValue >= beta)
578             {
579                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
580                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
581
582                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
583                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
584                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
585             }
586             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
587             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
588             {
589                 int penalty = -stat_bonus(depth);
590                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
591                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
592             }
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 4a. Tablebase probe
598     if (!rootNode && TB::Cardinality)
599     {
600         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
601
602         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
603             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
604             &&  pos.rule50_count() == 0
605             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
606         {
607             TB::ProbeState err;
608             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
609
610             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
611             {
612                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
613
614                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
615
616                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
617                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
618                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
619
620                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
621                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
622                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
623
624                 return value;
625             }
626         }
627     }
628
629     // Step 5. Evaluate the position statically
630     if (inCheck)
631     {
632         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
633         goto moves_loop;
634     }
635
636     else if (ttHit)
637     {
638         // Never assume anything on values stored in TT
639         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
640             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
641
642         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
643         if (   ttValue != VALUE_NONE
644             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
645             eval = ttValue;
646     }
647     else
648     {
649         eval = ss->staticEval =
650         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
651                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
652
653         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
654                   ss->staticEval, TT.generation());
655     }
656
657     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
658         goto moves_loop;
659
660     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
661     if (   !PvNode
662         &&  depth < 4 * ONE_PLY
663         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
664     {
665         if (depth <= ONE_PLY)
666             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
667
668         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
669         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
670         if (v <= ralpha)
671             return v;
672     }
673
674     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
675     if (   !rootNode
676         &&  depth < 7 * ONE_PLY
677         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
678         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
679         return eval;
680
681     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
682     if (   !PvNode
683         &&  eval >= beta
684         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225)
685     {
686
687         assert(eval - beta >= 0);
688
689         // Null move dynamic reduction based on depth and value
690         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
691
692         ss->currentMove = MOVE_NULL;
693         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
694
695         pos.do_null_move(st);
696         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
697                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
698         pos.undo_null_move();
699
700         if (nullValue >= beta)
701         {
702             // Do not return unproven mate scores
703             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
704                 nullValue = beta;
705
706             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
707                 return nullValue;
708
709             // Do verification search at high depths
710             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
711                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
712
713             if (v >= beta)
714                 return nullValue;
715         }
716     }
717
718     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
719     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
720     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
721     if (   !PvNode
722         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
723         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
724     {
725         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
726
727         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
728
729         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
730
731         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
732             if (pos.legal(move))
733             {
734                 ss->currentMove = move;
735                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
736
737                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
738                 pos.do_move(move, st);
739                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
740                 pos.undo_move(move);
741                 if (value >= rbeta)
742                     return value;
743             }
744     }
745
746     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
747     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
748         && !ttMove
749         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
750     {
751         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
752         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
753
754         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
755         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
756     }
757
758 moves_loop: // When in check search starts from here
759
760     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
761     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
762
763     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
764     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
765     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
766             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
767                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
768
769     singularExtensionNode =   !rootNode
770                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
771                            &&  ttMove != MOVE_NONE
772                            &&  ttValue != VALUE_NONE
773                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
774                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
775                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
776     skipQuiets = false;
777     ttCapture = false;
778     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
779
780     // Step 11. Loop through moves
781     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
782     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
783     {
784       assert(is_ok(move));
785
786       if (move == excludedMove)
787           continue;
788
789       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
790       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
791       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
792       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
793                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
794           continue;
795
796       ss->moveCount = ++moveCount;
797
798       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
799           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
800                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
801                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
802
803       if (PvNode)
804           (ss+1)->pv = nullptr;
805
806       extension = DEPTH_ZERO;
807       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
808       movedPiece = pos.moved_piece(move);
809
810       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
811                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
812                   : pos.gives_check(move);
813
814       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
815                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
816
817       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
818
819       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
820       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
821       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
822       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
823       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
824       if (    singularExtensionNode
825           &&  move == ttMove
826           &&  pos.legal(move))
827       {
828           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
829           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
830           ss->excludedMove = move;
831           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
832           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
833
834           if (value < rBeta)
835               extension = ONE_PLY;
836       }
837       else if (    givesCheck
838                && !moveCountPruning
839                &&  pos.see_ge(move))
840           extension = ONE_PLY;
841
842       // Calculate new depth for this move
843       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
844
845       // Step 13. Pruning at shallow depth
846       if (  !rootNode
847           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
848           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
849       {
850           if (   !captureOrPromotion
851               && !givesCheck
852               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
853           {
854               // Move count based pruning
855               if (moveCountPruning)
856               {
857                   skipQuiets = true;
858                   continue;
859               }
860
861               // Reduced depth of the next LMR search
862               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
863
864               // Countermoves based pruning
865               if (   lmrDepth < 3
866                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
867                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
868                   continue;
869
870               // Futility pruning: parent node
871               if (   lmrDepth < 7
872                   && !inCheck
873                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
874                   continue;
875
876               // Prune moves with negative SEE
877               if (   lmrDepth < 8
878                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
879                   continue;
880           }
881           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
882                    && !extension
883                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
884                   continue;
885       }
886
887       // Speculative prefetch as early as possible
888       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
889
890       // Check for legality just before making the move
891       if (!rootNode && !pos.legal(move))
892       {
893           ss->moveCount = --moveCount;
894           continue;
895       }
896
897       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
898           ttCapture = true;
899
900       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
901       ss->currentMove = move;
902       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
903
904       // Step 14. Make the move
905       pos.do_move(move, st, givesCheck);
906
907       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
908       // re-searched at full depth.
909       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
910           &&  moveCount > 1
911           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
912       {
913           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
914
915           if (captureOrPromotion)
916               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
917           else
918           {
919               // Decrease reduction if opponent's move count is high
920               if ((ss-1)->moveCount > 15)
921                   r -= ONE_PLY;
922
923               // Decrease reduction for exact PV nodes
924               if (pvExact)
925                   r -= ONE_PLY;
926
927               // Increase reduction if ttMove is a capture
928               if (ttCapture)
929                   r += ONE_PLY;
930
931               // Increase reduction for cut nodes
932               if (cutNode)
933                   r += 2 * ONE_PLY;
934
935               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
936               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
937               // hence break make_move().
938               else if (    type_of(move) == NORMAL
939                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
940                   r -= 2 * ONE_PLY;
941
942               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
943                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
944                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
945                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
946                              - 4000;
947
948               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
949               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
950                   r -= ONE_PLY;
951
952               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
953                   r += ONE_PLY;
954
955               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
956               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
957           }
958
959           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
960
961           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
962
963           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
964       }
965       else
966           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
967
968       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
969       if (doFullDepthSearch)
970           value = newDepth <   ONE_PLY ?
971                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
972                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
973                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
974
975       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
976       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
977       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
978       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
979       {
980           (ss+1)->pv = pv;
981           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
982
983           value = newDepth <   ONE_PLY ?
984                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
985                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
986                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
987       }
988
989       // Step 17. Undo move
990       pos.undo_move(move);
991
992       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
993
994       // Step 18. Check for a new best move
995       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
996       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
997       // updating best move, PV and TT.
998       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
999           return VALUE_ZERO;
1000
1001       if (rootNode)
1002       {
1003           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1004                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1005
1006           // PV move or new best move ?
1007           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1008           {
1009               rm.score = value;
1010               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1011               rm.pv.resize(1);
1012
1013               assert((ss+1)->pv);
1014
1015               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1016                   rm.pv.push_back(*m);
1017
1018               // We record how often the best move has been changed in each
1019               // iteration. This information is used for time management: When
1020               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1021               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1022                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1023           }
1024           else
1025               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1026               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1027               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1028               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1029       }
1030
1031       if (value > bestValue)
1032       {
1033           bestValue = value;
1034
1035           if (value > alpha)
1036           {
1037               bestMove = move;
1038
1039               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1040                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1041
1042               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1043                   alpha = value;
1044               else
1045               {
1046                   assert(value >= beta); // Fail high
1047                   break;
1048               }
1049           }
1050       }
1051
1052       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1053           quietsSearched[quietCount++] = move;
1054       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1055           capturesSearched[captureCount++] = move;
1056     }
1057
1058     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1059     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1060     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1061     /*
1062        if (Threads.stop)
1063         return VALUE_DRAW;
1064     */
1065
1066     // Step 20. Check for mate and stalemate
1067     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1068     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1069     // return a fail low score.
1070
1071     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1072
1073     if (!moveCount)
1074         bestValue = excludedMove ? alpha
1075                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1076     else if (bestMove)
1077     {
1078         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1079         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1080             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1081         else
1082             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1083
1084         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1085         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1086             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1087     }
1088     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1089     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1090              && !pos.captured_piece()
1091              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1092         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1093
1094     if (!excludedMove)
1095         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1096                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1097                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1098                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1099
1100     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1101
1102     return bestValue;
1103   }
1104
1105
1106   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1107   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1108
1109   template <NodeType NT, bool InCheck>
1110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1111
1112     const bool PvNode = NT == PV;
1113
1114     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1115     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1116     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1117     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1118     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1119
1120     Move pv[MAX_PLY+1];
1121     StateInfo st;
1122     TTEntry* tte;
1123     Key posKey;
1124     Move ttMove, move, bestMove;
1125     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1126     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1127     Depth ttDepth;
1128     int moveCount;
1129
1130     if (PvNode)
1131     {
1132         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1133         (ss+1)->pv = pv;
1134         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1135     }
1136
1137     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1138     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1139     moveCount = 0;
1140
1141     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1142     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1143         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1144
1145     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1146
1147     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1148     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1149     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1150     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1151                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1152     // Transposition table lookup
1153     posKey = pos.key();
1154     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1155     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1156     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1157
1158     if (  !PvNode
1159         && ttHit
1160         && tte->depth() >= ttDepth
1161         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1162         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1163                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1164         return ttValue;
1165
1166     // Evaluate the position statically
1167     if (InCheck)
1168     {
1169         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1170         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1171     }
1172     else
1173     {
1174         if (ttHit)
1175         {
1176             // Never assume anything on values stored in TT
1177             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1178                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1179
1180             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1181             if (   ttValue != VALUE_NONE
1182                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1183                 bestValue = ttValue;
1184         }
1185         else
1186             ss->staticEval = bestValue =
1187             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1188                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1189
1190         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1191         if (bestValue >= beta)
1192         {
1193             if (!ttHit)
1194                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1195                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1196
1197             return bestValue;
1198         }
1199
1200         if (PvNode && bestValue > alpha)
1201             alpha = bestValue;
1202
1203         futilityBase = bestValue + 128;
1204     }
1205
1206     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1207     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1208     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1209     // be generated.
1210     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1211
1212     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1213     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1214     {
1215       assert(is_ok(move));
1216
1217       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1218                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1219                   : pos.gives_check(move);
1220
1221       moveCount++;
1222
1223       // Futility pruning
1224       if (   !InCheck
1225           && !givesCheck
1226           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1227           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1228       {
1229           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1230
1231           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1232
1233           if (futilityValue <= alpha)
1234           {
1235               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1236               continue;
1237           }
1238
1239           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1240           {
1241               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1242               continue;
1243           }
1244       }
1245
1246       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1247       evasionPrunable =    InCheck
1248                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1249                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1250                        && !pos.capture(move);
1251
1252       // Don't search moves with negative SEE values
1253       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1254           &&  type_of(move) != PROMOTION
1255           &&  !pos.see_ge(move))
1256           continue;
1257
1258       // Speculative prefetch as early as possible
1259       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1260
1261       // Check for legality just before making the move
1262       if (!pos.legal(move))
1263       {
1264           moveCount--;
1265           continue;
1266       }
1267
1268       ss->currentMove = move;
1269
1270       // Make and search the move
1271       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1272       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1273                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1274       pos.undo_move(move);
1275
1276       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1277
1278       // Check for a new best move
1279       if (value > bestValue)
1280       {
1281           bestValue = value;
1282
1283           if (value > alpha)
1284           {
1285               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1286                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1287
1288               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1289               {
1290                   alpha = value;
1291                   bestMove = move;
1292               }
1293               else // Fail high
1294               {
1295                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1296                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1297
1298                   return value;
1299               }
1300           }
1301        }
1302     }
1303
1304     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1305     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1306     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1307         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1308
1309     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1310               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1311               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1312
1313     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1314
1315     return bestValue;
1316   }
1317
1318
1319   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1320   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1321   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1322
1323   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1324
1325     assert(v != VALUE_NONE);
1326
1327     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1328           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1329   }
1330
1331
1332   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1333   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1334   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1335
1336   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1337
1338     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1339           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1340           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1341   }
1342
1343
1344   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1345
1346   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1347
1348     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1349         *pv++ = *childPv++;
1350     *pv = MOVE_NONE;
1351   }
1352
1353
1354   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1355   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1356
1357   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1358
1359     for (int i : {1, 2, 4})
1360         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1361             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1362   }
1363
1364
1365   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1366
1367   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1368                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1369
1370       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1371       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1372       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1373       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1374
1375       // Decrease all the other played capture moves
1376       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1377       {
1378           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1379           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1380           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1381       }
1382   }
1383
1384
1385   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1386
1387   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1388                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1389
1390     if (ss->killers[0] != move)
1391     {
1392         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1393         ss->killers[0] = move;
1394     }
1395
1396     Color c = pos.side_to_move();
1397     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1398     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1399     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1400
1401     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1402     {
1403         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1404         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1405     }
1406
1407     // Decrease all the other played quiet moves
1408     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1409     {
1410         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1411         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1412     }
1413   }
1414
1415
1416   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1417   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1418
1419     StateInfo st[MAX_PLY];
1420     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1421
1422     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1423         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1424
1425     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1426
1427     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1428         pos.undo_move(pv[i-1]);
1429
1430     return isDraw;
1431   }
1432
1433
1434   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1435   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1436
1437   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1438
1439     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1440     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1441
1442     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1443     Value topScore = rootMoves[0].score;
1444     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1445     int weakness = 120 - 2 * level;
1446     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1447
1448     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1449     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1450     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1451     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1452     {
1453         // This is our magic formula
1454         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1455                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1456
1457         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1458         {
1459             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1460             best = rootMoves[i].pv[0];
1461         }
1462     }
1463
1464     return best;
1465   }
1466
1467 } // namespace
1468
1469   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1470   // when we are out of available time and thus stop the search.
1471
1472   void MainThread::check_time() {
1473
1474     if (--callsCnt > 0)
1475         return;
1476
1477     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1478     // otherwise use a default value.
1479     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1480
1481     static TimePoint lastInfoTime = now();
1482
1483     int elapsed = Time.elapsed();
1484     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1485
1486     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1487     {
1488         lastInfoTime = tick;
1489         dbg_print();
1490     }
1491
1492     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1493     if (Threads.ponder)
1494         return;
1495
1496     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1497         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1498         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1499             Threads.stop = true;
1500   }
1501
1502
1503 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1504 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1505
1506 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1507
1508   std::stringstream ss;
1509   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1510   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1511   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1512   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1513   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1514   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1515
1516   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1517   {
1518       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1519
1520       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1521           continue;
1522
1523       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1524       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1525
1526       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1527       v = tb ? TB::Score : v;
1528
1529       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1530           ss << "\n";
1531
1532       ss << "info"
1533          << " depth "    << d / ONE_PLY
1534          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1535          << " multipv "  << i + 1
1536          << " score "    << UCI::value(v);
1537
1538       if (!tb && i == PVIdx)
1539           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1540
1541       ss << " nodes "    << nodesSearched
1542          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1543
1544       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1545           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1546
1547       ss << " tbhits "   << tbHits
1548          << " time "     << elapsed
1549          << " pv";
1550
1551       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1552           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1553   }
1554
1555   return ss.str();
1556 }
1557
1558
1559 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1560 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1561 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1562 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1563
1564 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1565
1566     StateInfo st;
1567     bool ttHit;
1568
1569     assert(pv.size() == 1);
1570
1571     if (!pv[0])
1572         return false;
1573
1574     pos.do_move(pv[0], st);
1575     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1576
1577     if (ttHit)
1578     {
1579         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1580         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1581             pv.push_back(m);
1582     }
1583
1584     pos.undo_move(pv[0]);
1585     return pv.size() > 1;
1586 }
1587
1588 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1589
1590     RootInTB = false;
1591     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1592     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1593     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1594
1595     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1596     if (Cardinality > MaxCardinality)
1597     {
1598         Cardinality = MaxCardinality;
1599         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1600     }
1601
1602     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1603         return;
1604
1605     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1606     if (Options["MultiPV"] != 1)
1607         return;
1608
1609     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1610     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1611     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1612
1613     if (RootInTB)
1614         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1615
1616     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1617     {
1618         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1619         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1620
1621         // Only probe during search if winning
1622         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1623             Cardinality = 0;
1624     }
1625
1626     if (RootInTB && !UseRule50)
1627         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1628                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1629                                             :  VALUE_DRAW;
1630 }