Move some globals into main thread scope
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   StateStackPtr SetupStates;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
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 template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill struct is used to implement strength limiting
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
91   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   EasyMoveManager EasyMove;
130   Value DrawValue[COLOR_NB];
131   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
132
133   template <NodeType NT>
134   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
135
136   template <NodeType NT, bool InCheck>
137   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
138
139   Value value_to_tt(Value v, int ply);
140   Value value_from_tt(Value v, int ply);
141   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
142   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
143   void check_time();
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
153
154   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
155       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
156           for (int d = 1; d < 64; ++d)
157               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
158               {
159                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
160
161                   if (r >= 1.5)
162                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
163
164                   // Increase reduction when eval is not improving
165                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
166                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
167               }
168
169   for (int d = 0; d < 16; ++d)
170   {
171       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
172       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
173   }
174 }
175
176
177 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
178
179 void Search::clear() {
180
181   TT.clear();
182   CounterMovesHistory.clear();
183
184   for (Thread* th : Threads)
185   {
186       th->history.clear();
187       th->counterMoves.clear();
188   }
189 }
190
191
192 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
193 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
194 template<bool Root>
195 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
196
197   StateInfo st;
198   uint64_t cnt, nodes = 0;
199   CheckInfo ci(pos);
200   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
201
202   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
203   {
204       if (Root && depth <= ONE_PLY)
205           cnt = 1, nodes++;
206       else
207       {
208           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
209           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
210           nodes += cnt;
211           pos.undo_move(m);
212       }
213       if (Root)
214           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
215   }
216   return nodes;
217 }
218
219 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
220
221
222 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
223 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
224 /// the "bestmove" to output.
225
226 void MainThread::search() {
227
228   Color us = rootPos.side_to_move();
229   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
230
231   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
232   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
233   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
234
235   TB::Hits = 0;
236   TB::RootInTB = false;
237   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
238   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
239   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
240
241   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
242   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
243   {
244       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
245       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
246   }
247
248   if (rootMoves.empty())
249   {
250       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
251       sync_cout << "info depth 0 score "
252                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
253                 << sync_endl;
254   }
255   else
256   {
257       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
258                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
259       {
260           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
261           // contains only moves that preserve the draw or win.
262           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
263
264           if (TB::RootInTB)
265               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
266
267           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
268           {
269               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
270               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
271
272               // Only probe during search if winning
273               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
274                   TB::Cardinality = 0;
275           }
276
277           if (TB::RootInTB)
278           {
279               TB::Hits = rootMoves.size();
280
281               if (!TB::UseRule50)
282                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
283                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
284                                                       :  VALUE_DRAW;
285           }
286       }
287
288       for (Thread* th : Threads)
289       {
290           th->maxPly = 0;
291           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
292           if (th != this)
293           {
294               th->rootPos = Position(rootPos, th);
295               th->rootMoves = rootMoves;
296               th->start_searching();
297           }
298       }
299
300       Thread::search(); // Let's start searching!
301   }
302
303   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
304   // the available ones before to exit.
305   if (Limits.npmsec)
306       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
307
308   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
309   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
310   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
311   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
312   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
313   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
314   {
315       Signals.stopOnPonderhit = true;
316       wait(Signals.stop);
317   }
318
319   // Stop the threads if not already stopped
320   Signals.stop = true;
321
322   // Wait until all threads have finished
323   for (Thread* th : Threads)
324       if (th != this)
325           th->wait_for_search_finished();
326
327   // Check if there are threads with a better score than main thread
328   Thread* bestThread = this;
329   if (   !this->easyMovePlayed
330       &&  Options["MultiPV"] == 1
331       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
332   {
333       for (Thread* th : Threads)
334           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
335               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
336               bestThread = th;
337   }
338
339   // Send new PV when needed
340   if (bestThread != this)
341       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
342
343   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
344
345   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
346       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
347
348   std::cout << sync_endl;
349 }
350
351
352 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
353 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
354 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
355
356 void Thread::search() {
357
358   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
359   Value bestValue, alpha, beta, delta;
360   Move easyMove = MOVE_NONE;
361   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
362
363   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
364
365   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
366   beta = VALUE_INFINITE;
367   completedDepth = DEPTH_ZERO;
368
369   if (mainThread)
370   {
371       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
372       EasyMove.clear();
373       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
374       mainThread->bestMoveChanges = 0;
375       TT.new_search();
376   }
377
378   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
379   Skill skill(Options["Skill Level"]);
380
381   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
382   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
383   if (skill.enabled())
384       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
385
386   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
387
388   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
389   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
390   {
391       // Set up the new depth for the helper threads skipping in average each
392       // 2nd ply (using a half density map similar to a Hadamard matrix).
393       if (!mainThread)
394       {
395           int d = rootDepth + rootPos.game_ply();
396
397           if (idx <= 6 || idx > 24)
398           {
399               if (((d + idx) >> (msb(idx + 1) - 1)) % 2)
400                   continue;
401           }
402           else
403           {
404               // Table of values of 6 bits with 3 of them set
405               static const int HalfDensityMap[] = {
406                 0x07, 0x0b, 0x0d, 0x0e, 0x13, 0x16, 0x19, 0x1a, 0x1c,
407                 0x23, 0x25, 0x26, 0x29, 0x2c, 0x31, 0x32, 0x34, 0x38
408               };
409
410               if ((HalfDensityMap[idx - 7] >> (d % 6)) & 1)
411                   continue;
412           }
413       }
414
415       // Age out PV variability metric
416       if (mainThread)
417           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
418
419       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
420       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
421       for (RootMove& rm : rootMoves)
422           rm.previousScore = rm.score;
423
424       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
425       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
426       {
427           // Reset aspiration window starting size
428           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
429           {
430               delta = Value(18);
431               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
432               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
433           }
434
435           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
436           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
437           // high/low anymore.
438           while (true)
439           {
440               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
441
442               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
443               // is done with a stable algorithm because all the values but the
444               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
445               // and we want to keep the same order for all the moves except the
446               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
447               // search the already searched PV lines are preserved.
448               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
449
450               // Write PV back to transposition table in case the relevant
451               // entries have been overwritten during the search.
452               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
453                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
454
455               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
456               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
457               // valid, although it refers to previous iteration.
458               if (Signals.stop)
459                   break;
460
461               // When failing high/low give some update (without cluttering
462               // the UI) before a re-search.
463               if (   mainThread
464                   && multiPV == 1
465                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
466                   && Time.elapsed() > 3000)
467                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
468
469               // In case of failing low/high increase aspiration window and
470               // re-search, otherwise exit the loop.
471               if (bestValue <= alpha)
472               {
473                   beta = (alpha + beta) / 2;
474                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
475
476                   if (mainThread)
477                   {
478                       mainThread->failedLow = true;
479                       Signals.stopOnPonderhit = false;
480                   }
481               }
482               else if (bestValue >= beta)
483               {
484                   alpha = (alpha + beta) / 2;
485                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
486               }
487               else
488                   break;
489
490               delta += delta / 4 + 5;
491
492               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
493           }
494
495           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
496           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
497
498           if (!mainThread)
499               break;
500
501           if (Signals.stop)
502               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
503                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
504
505           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
506               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
507       }
508
509       if (!Signals.stop)
510           completedDepth = rootDepth;
511
512       if (!mainThread)
513           continue;
514
515       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
516       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
517           skill.pick_best(multiPV);
518
519       // Have we found a "mate in x"?
520       if (   Limits.mate
521           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
522           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
523           Signals.stop = true;
524
525       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
526       if (Limits.use_time_management())
527       {
528           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
529           {
530               // Take some extra time if the best move has changed
531               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
532                   Time.pv_instability(mainThread->bestMoveChanges);
533
534               // Stop the search if only one legal move is available or all
535               // of the available time has been used or we matched an easyMove
536               // from the previous search and just did a fast verification.
537               if (   rootMoves.size() == 1
538                   || Time.elapsed() > Time.available() * (mainThread->failedLow ? 641 : 315) / 640
539                   || (mainThread->easyMovePlayed = (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
540                                                     && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
541                                                     && Time.elapsed() > Time.available() / 8)))
542               {
543                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
544                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
545                   if (Limits.ponder)
546                       Signals.stopOnPonderhit = true;
547                   else
548                       Signals.stop = true;
549               }
550           }
551
552           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
553               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
554           else
555               EasyMove.clear();
556       }
557   }
558
559   if (!mainThread)
560       return;
561
562   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
563   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
564   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
565       EasyMove.clear();
566
567   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
568   if (skill.enabled())
569       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
570                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
571 }
572
573
574 namespace {
575
576   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
577
578   template <NodeType NT>
579   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
580
581     const bool RootNode = NT == Root;
582     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
583
584     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
585     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
586     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
587
588     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
589     StateInfo st;
590     TTEntry* tte;
591     Key posKey;
592     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
593     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
594     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
595     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
596     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
597     int moveCount, quietCount;
598
599     // Step 1. Initialize node
600     Thread* thisThread = pos.this_thread();
601     inCheck = pos.checkers();
602     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
603     bestValue = -VALUE_INFINITE;
604     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
605
606     // Check for available remaining time
607     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
608     {
609         thisThread->resetCalls = false;
610         thisThread->callsCnt = 0;
611     }
612     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
613     {
614         for (Thread* th : Threads)
615             th->resetCalls = true;
616
617         check_time();
618     }
619
620     // Used to send selDepth info to GUI
621     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
622         thisThread->maxPly = ss->ply;
623
624     if (!RootNode)
625     {
626         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
627         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
628             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
629                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
630
631         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
632         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
633         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
634         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
635         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
636         // mate. In this case return a fail-high score.
637         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
638         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
639         if (alpha >= beta)
640             return alpha;
641     }
642
643     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
644
645     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
646     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
647     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
648
649     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
650     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
651     // position key in case of an excluded move.
652     excludedMove = ss->excludedMove;
653     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
654     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
655     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
656     ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
657             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
658
659     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
660     if (  !PvNode
661         && ttHit
662         && tte->depth() >= depth
663         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
664         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
665                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
666     {
667         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
668
669         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
670         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
671             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
672
673         return ttValue;
674     }
675
676     // Step 4a. Tablebase probe
677     if (!RootNode && TB::Cardinality)
678     {
679         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
680
681         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
682             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
683             &&  pos.rule50_count() == 0)
684         {
685             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
686
687             if (found)
688             {
689                 TB::Hits++;
690
691                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
692
693                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
694                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
695                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
696
697                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
698                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
699                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
700
701                 return value;
702             }
703         }
704     }
705
706     // Step 5. Evaluate the position statically
707     if (inCheck)
708     {
709         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
710         goto moves_loop;
711     }
712
713     else if (ttHit)
714     {
715         // Never assume anything on values stored in TT
716         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
717             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
718
719         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
720         if (ttValue != VALUE_NONE)
721             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
722                 eval = ttValue;
723     }
724     else
725     {
726         eval = ss->staticEval =
727         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
728                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
729
730         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
731                   ss->staticEval, TT.generation());
732     }
733
734     if (ss->skipEarlyPruning)
735         goto moves_loop;
736
737     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
738     if (   !PvNode
739         &&  depth < 4 * ONE_PLY
740         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
741         &&  ttMove == MOVE_NONE)
742     {
743         if (   depth <= ONE_PLY
744             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
745             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
746
747         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
748         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
749         if (v <= ralpha)
750             return v;
751     }
752
753     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
754     if (   !RootNode
755         &&  depth < 7 * ONE_PLY
756         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
757         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
758         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
759         return eval - futility_margin(depth);
760
761     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
762     if (   !PvNode
763         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
764         &&  eval >= beta
765         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
766     {
767         ss->currentMove = MOVE_NULL;
768
769         assert(eval - beta >= 0);
770
771         // Null move dynamic reduction based on depth and value
772         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
773
774         pos.do_null_move(st);
775         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
776         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
777                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
778         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
779         pos.undo_null_move();
780
781         if (nullValue >= beta)
782         {
783             // Do not return unproven mate scores
784             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
785                 nullValue = beta;
786
787             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
788                 return nullValue;
789
790             // Do verification search at high depths
791             ss->skipEarlyPruning = true;
792             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
793                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
794             ss->skipEarlyPruning = false;
795
796             if (v >= beta)
797                 return nullValue;
798         }
799     }
800
801     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
802     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
803     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
804     // safely prune the previous move.
805     if (   !PvNode
806         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
807         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
808     {
809         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
810         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
811
812         assert(rdepth >= ONE_PLY);
813         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
814         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
815
816         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
817         CheckInfo ci(pos);
818
819         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
820             if (pos.legal(move, ci.pinned))
821             {
822                 ss->currentMove = move;
823                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
824                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
825                 pos.undo_move(move);
826                 if (value >= rbeta)
827                     return value;
828             }
829     }
830
831     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
832     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
833         && !ttMove
834         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
835     {
836         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
837         ss->skipEarlyPruning = true;
838         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
839         ss->skipEarlyPruning = false;
840
841         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
842         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
843     }
844
845 moves_loop: // When in check search starts from here
846
847     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
848     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
849     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
850
851     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
852     CheckInfo ci(pos);
853     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
854     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
855                || ss->staticEval == VALUE_NONE
856                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
857
858     singularExtensionNode =   !RootNode
859                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
860                            &&  ttMove != MOVE_NONE
861                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
862                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
863                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
864                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
865                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
866
867     // Step 11. Loop through moves
868     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
869     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
870     {
871       assert(is_ok(move));
872
873       if (move == excludedMove)
874           continue;
875
876       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
877       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
878       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
879       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
880                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
881           continue;
882
883       ss->moveCount = ++moveCount;
884
885       if (RootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
886           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
887                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
888                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
889
890       if (PvNode)
891           (ss+1)->pv = nullptr;
892
893       extension = DEPTH_ZERO;
894       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
895
896       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
897                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
898                   : pos.gives_check(move, ci);
899
900       // Step 12. Extend checks
901       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
902           extension = ONE_PLY;
903
904       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
905       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
906       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
907       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
908       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
909       if (    singularExtensionNode
910           &&  move == ttMove
911           && !extension
912           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
913       {
914           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
915           ss->excludedMove = move;
916           ss->skipEarlyPruning = true;
917           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
918           ss->skipEarlyPruning = false;
919           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
920
921           if (value < rBeta)
922               extension = ONE_PLY;
923       }
924
925       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
926       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
927
928       // Step 13. Pruning at shallow depth
929       if (   !RootNode
930           && !captureOrPromotion
931           && !inCheck
932           && !givesCheck
933           && !pos.advanced_pawn_push(move)
934           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
935       {
936           // Move count based pruning
937           if (   depth < 16 * ONE_PLY
938               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
939               continue;
940
941           // History based pruning
942           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
943               && move != ss->killers[0]
944               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
945               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
946               continue;
947
948           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
949
950           // Futility pruning: parent node
951           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
952           {
953               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
954
955               if (futilityValue <= alpha)
956               {
957                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
958                   continue;
959               }
960           }
961
962           // Prune moves with negative SEE at low depths
963           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
964               continue;
965       }
966
967       // Speculative prefetch as early as possible
968       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
969
970       // Check for legality just before making the move
971       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
972       {
973           ss->moveCount = --moveCount;
974           continue;
975       }
976
977       ss->currentMove = move;
978
979       // Step 14. Make the move
980       pos.do_move(move, st, givesCheck);
981
982       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
983       // re-searched at full depth.
984       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
985           &&  moveCount > 1
986           && !captureOrPromotion)
987       {
988           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
989
990           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
991           if (   (!PvNode && cutNode)
992               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
993                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
994               r += ONE_PLY;
995
996           // Decrease reduction for moves with a good history
997           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
998               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
999               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1000
1001           // Decrease reduction for moves that escape a capture
1002           if (   r
1003               && type_of(move) == NORMAL
1004               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1005               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1006               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1007
1008           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1009
1010           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1011
1012           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1013       }
1014       else
1015           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1016
1017       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1018       if (doFullDepthSearch)
1019           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1020                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1021                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1022                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1023
1024       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1025       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1026       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1027       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1028       {
1029           (ss+1)->pv = pv;
1030           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1031
1032           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1033                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1034                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1035                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1036       }
1037
1038       // Step 17. Undo move
1039       pos.undo_move(move);
1040
1041       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1042
1043       // Step 18. Check for new best move
1044       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1045       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1046       // updating best move, PV and TT.
1047       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1048           return VALUE_ZERO;
1049
1050       if (RootNode)
1051       {
1052           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1053                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1054
1055           // PV move or new best move ?
1056           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1057           {
1058               rm.score = value;
1059               rm.pv.resize(1);
1060
1061               assert((ss+1)->pv);
1062
1063               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1064                   rm.pv.push_back(*m);
1065
1066               // We record how often the best move has been changed in each
1067               // iteration. This information is used for time management: When
1068               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1069               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1070                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1071           }
1072           else
1073               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1074               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1075               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1076               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1077       }
1078
1079       if (value > bestValue)
1080       {
1081           bestValue = value;
1082
1083           if (value > alpha)
1084           {
1085               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1086               if (    PvNode
1087                   &&  thisThread == Threads.main()
1088                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1089                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1090                   EasyMove.clear();
1091
1092               bestMove = move;
1093
1094               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1095                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1096
1097               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1098                   alpha = value;
1099               else
1100               {
1101                   assert(value >= beta); // Fail high
1102                   break;
1103               }
1104           }
1105       }
1106
1107       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1108           quietsSearched[quietCount++] = move;
1109     }
1110
1111     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1112     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1113     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1114     /*
1115        if (Signals.stop)
1116         return VALUE_DRAW;
1117     */
1118
1119     // Step 20. Check for mate and stalemate
1120     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1121     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1122     // return a fail low score.
1123     if (!moveCount)
1124         bestValue = excludedMove ? alpha
1125                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1126
1127     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1128     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1129         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1130
1131     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1132     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1133              && !bestMove
1134              && !inCheck
1135              && !pos.captured_piece_type()
1136              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1137              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1138     {
1139         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1140         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1141         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1142         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1143     }
1144
1145     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1146               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1147               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1148               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1149
1150     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1151
1152     return bestValue;
1153   }
1154
1155
1156   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1157   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1158   // less than ONE_PLY).
1159
1160   template <NodeType NT, bool InCheck>
1161   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1162
1163     const bool PvNode = NT == PV;
1164
1165     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1166     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1167     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1168     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1169     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1170
1171     Move pv[MAX_PLY+1];
1172     StateInfo st;
1173     TTEntry* tte;
1174     Key posKey;
1175     Move ttMove, move, bestMove;
1176     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1177     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1178     Depth ttDepth;
1179
1180     if (PvNode)
1181     {
1182         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1183         (ss+1)->pv = pv;
1184         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1185     }
1186
1187     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1188     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1189
1190     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1191     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1192         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1193                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1194
1195     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1196
1197     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1198     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1199     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1200     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1201                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1202
1203     // Transposition table lookup
1204     posKey = pos.key();
1205     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1206     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1207     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1208
1209     if (  !PvNode
1210         && ttHit
1211         && tte->depth() >= ttDepth
1212         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1213         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1214                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1215     {
1216         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1217         return ttValue;
1218     }
1219
1220     // Evaluate the position statically
1221     if (InCheck)
1222     {
1223         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1224         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1225     }
1226     else
1227     {
1228         if (ttHit)
1229         {
1230             // Never assume anything on values stored in TT
1231             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1232                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1233
1234             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1235             if (ttValue != VALUE_NONE)
1236                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1237                     bestValue = ttValue;
1238         }
1239         else
1240             ss->staticEval = bestValue =
1241             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1242                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1243
1244         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1245         if (bestValue >= beta)
1246         {
1247             if (!ttHit)
1248                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1249                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1250
1251             return bestValue;
1252         }
1253
1254         if (PvNode && bestValue > alpha)
1255             alpha = bestValue;
1256
1257         futilityBase = bestValue + 128;
1258     }
1259
1260     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1261     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1262     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1263     // be generated.
1264     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1265     CheckInfo ci(pos);
1266
1267     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1268     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1269     {
1270       assert(is_ok(move));
1271
1272       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1273                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1274                   : pos.gives_check(move, ci);
1275
1276       // Futility pruning
1277       if (   !InCheck
1278           && !givesCheck
1279           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1280           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1281       {
1282           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1283
1284           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1285
1286           if (futilityValue <= alpha)
1287           {
1288               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1289               continue;
1290           }
1291
1292           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1293           {
1294               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1295               continue;
1296           }
1297       }
1298
1299       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1300       evasionPrunable =    InCheck
1301                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1302                        && !pos.capture(move);
1303
1304       // Don't search moves with negative SEE values
1305       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1306           &&  type_of(move) != PROMOTION
1307           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1308           continue;
1309
1310       // Speculative prefetch as early as possible
1311       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1312
1313       // Check for legality just before making the move
1314       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1315           continue;
1316
1317       ss->currentMove = move;
1318
1319       // Make and search the move
1320       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1321       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1322                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1323       pos.undo_move(move);
1324
1325       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1326
1327       // Check for new best move
1328       if (value > bestValue)
1329       {
1330           bestValue = value;
1331
1332           if (value > alpha)
1333           {
1334               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1335                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1336
1337               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1338               {
1339                   alpha = value;
1340                   bestMove = move;
1341               }
1342               else // Fail high
1343               {
1344                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1345                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347                   return value;
1348               }
1349           }
1350        }
1351     }
1352
1353     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1354     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1355     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1356         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1357
1358     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1359               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1360               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1361
1362     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1363
1364     return bestValue;
1365   }
1366
1367
1368   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1369   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1370   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1371
1372   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1373
1374     assert(v != VALUE_NONE);
1375
1376     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1377           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1378   }
1379
1380
1381   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1382   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1383   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1384
1385   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1386
1387     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1388           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1389           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1390   }
1391
1392
1393   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1394
1395   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1396
1397     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1398         *pv++ = *childPv++;
1399     *pv = MOVE_NONE;
1400   }
1401
1402
1403   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1404   // history when a new quiet best move is found.
1405
1406   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1407                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1408
1409     if (ss->killers[0] != move)
1410     {
1411         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1412         ss->killers[0] = move;
1413     }
1414
1415     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1416
1417     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1418     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1419     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1420
1421     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1422
1423     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1424     {
1425         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1426         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1427     }
1428
1429     // Decrease all the other played quiet moves
1430     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1431     {
1432         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433
1434         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1435             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1436     }
1437
1438     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1439     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1440         && !pos.captured_piece_type()
1441         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1442     {
1443         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1444         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1445         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1446     }
1447   }
1448
1449
1450   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1451   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1452
1453   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1454
1455     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1456     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1457
1458     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1459     Value topScore = rootMoves[0].score;
1460     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1461     int weakness = 120 - 2 * level;
1462     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1463
1464     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1465     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1466     // then we choose the move with the resulting highest score.
1467     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1468     {
1469         // This is our magic formula
1470         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1471                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1472
1473         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1474         {
1475             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1476             best = rootMoves[i].pv[0];
1477         }
1478     }
1479
1480     return best;
1481   }
1482
1483
1484   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1485   // when we are out of available time and thus stop the search.
1486
1487   void check_time() {
1488
1489     static TimePoint lastInfoTime = now();
1490
1491     int elapsed = Time.elapsed();
1492     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1493
1494     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1495     {
1496         lastInfoTime = tick;
1497         dbg_print();
1498     }
1499
1500     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1501     if (Limits.ponder)
1502         return;
1503
1504     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1505         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1506         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1507             Signals.stop = true;
1508   }
1509
1510 } // namespace
1511
1512
1513 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1514 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1515
1516 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1517
1518   std::stringstream ss;
1519   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1520   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1521   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1522   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1523   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1524
1525   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1526   {
1527       bool updated = (i <= PVIdx);
1528
1529       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1530           continue;
1531
1532       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1533       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1534
1535       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1536       v = tb ? TB::Score : v;
1537
1538       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1539           ss << "\n";
1540
1541       ss << "info"
1542          << " depth "    << d / ONE_PLY
1543          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1544          << " multipv "  << i + 1
1545          << " score "    << UCI::value(v);
1546
1547       if (!tb && i == PVIdx)
1548           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1549
1550       ss << " nodes "    << nodes_searched
1551          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1552
1553       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1554           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1555
1556       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1557          << " time "     << elapsed
1558          << " pv";
1559
1560       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1561           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1562   }
1563
1564   return ss.str();
1565 }
1566
1567
1568 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1569 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1570 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1571
1572 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1573
1574   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1575   bool ttHit;
1576
1577   for (Move m : pv)
1578   {
1579       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1580
1581       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1582
1583       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1584           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1585                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1586
1587       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1588   }
1589
1590   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1591       pos.undo_move(pv[--i]);
1592 }
1593
1594
1595 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1596 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1597 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1598 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1599
1600 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1601 {
1602     StateInfo st;
1603     bool ttHit;
1604
1605     assert(pv.size() == 1);
1606
1607     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1608     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1609     pos.undo_move(pv[0]);
1610
1611     if (ttHit)
1612     {
1613         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1614         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1615            return pv.push_back(m), true;
1616     }
1617
1618     return false;
1619 }