Merge Stats tables
[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) 2015-2018 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   // Razor and futility margins
70   const int RazorMargin1 = 590;
71   const int RazorMargin2 = 604;
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_quiet_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
112   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
113     Color us = pos.side_to_move();
114     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
115           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
116           : pos.gives_check(move);
117   }
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
153       for (int d = 1; d < 64; ++d)
154           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
155           {
156               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
157
158               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
159               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
160
161               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
162               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
163                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
164           }
165
166   for (int d = 0; d < 16; ++d)
167   {
168       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
169       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
170   }
171 }
172
173
174 /// Search::clear() resets search state to its initial value
175
176 void Search::clear() {
177
178   Threads.main()->wait_for_search_finished();
179
180   Time.availableNodes = 0;
181   TT.clear();
182   Threads.clear();
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   if (rootMoves.empty())
203   {
204       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
205       sync_cout << "info depth 0 score "
206                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
207                 << sync_endl;
208   }
209   else
210   {
211       for (Thread* th : Threads)
212           if (th != this)
213               th->start_searching();
214
215       Thread::search(); // Let's start searching!
216   }
217
218   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
219   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
220   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
221   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
222   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
223   Threads.stopOnPonderhit = true;
224
225   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
226   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
227
228   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
229   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
230   Threads.stop = true;
231
232   // Wait until all threads have finished
233   for (Thread* th : Threads)
234       if (th != this)
235           th->wait_for_search_finished();
236
237   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
238   // the available ones before exiting.
239   if (Limits.npmsec)
240       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
241
242   // Check if there are threads with a better score than main thread
243   Thread* bestThread = this;
244   if (    Options["MultiPV"] == 1
245       && !Limits.depth
246       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
247       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
248   {
249       for (Thread* th : Threads)
250       {
251           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
252           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
253
254           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
255           if (    scoreDiff > 0
256               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
257               bestThread = th;
258       }
259   }
260
261   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
262
263   // Send again PV info if we have a new best thread
264   if (bestThread != this)
265       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
266
267   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
268
269   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
270       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
271
272   std::cout << sync_endl;
273 }
274
275
276 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
277 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
278 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
279
280 void Thread::search() {
281
282   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
283   Value bestValue, alpha, beta, delta;
284   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
285   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
286   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
287   double timeReduction = 1.0;
288   Color us = rootPos.side_to_move();
289
290   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
291   for (int i = 4; i > 0; i--)
292      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
293
294   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
295   beta = VALUE_INFINITE;
296
297   if (mainThread)
298       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
311   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
312                                 : -make_score(ct, ct / 2));
313
314   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
315   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
316          && !Threads.stop
317          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
318   {
319       // Distribute search depths across the helper threads
320       if (idx > 0)
321       {
322           int i = (idx - 1) % 20;
323           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
324               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
325       }
326
327       // Age out PV variability metric
328       if (mainThread)
329           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
330
331       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
332       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
333       for (RootMove& rm : rootMoves)
334           rm.previousScore = rm.score;
335
336       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
337       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
338       {
339           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
340           selDepth = 0;
341
342           // Reset aspiration window starting size
343           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
344           {
345               delta = Value(18);
346               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
347               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
348
349               // Adjust contempt based on current bestValue
350               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100 // From centipawns
351                   + (bestValue >  500 ?  50:                // Dynamic contempt
352                      bestValue < -500 ? -50:
353                      bestValue / 10);
354
355               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
356                                             : -make_score(ct, ct / 2));
357           }
358
359           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
360           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
361           // high/low anymore.
362           while (true)
363           {
364               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
365
366               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
367               // is done with a stable algorithm because all the values but the
368               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
369               // and we want to keep the same order for all the moves except the
370               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
371               // search the already searched PV lines are preserved.
372               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
373
374               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
375               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
376               // the previous iteration.
377               if (Threads.stop)
378                   break;
379
380               // When failing high/low give some update (without cluttering
381               // the UI) before a re-search.
382               if (   mainThread
383                   && multiPV == 1
384                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
385                   && Time.elapsed() > 3000)
386                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
387
388               // In case of failing low/high increase aspiration window and
389               // re-search, otherwise exit the loop.
390               if (bestValue <= alpha)
391               {
392                   beta = (alpha + beta) / 2;
393                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
394
395                   if (mainThread)
396                   {
397                       mainThread->failedLow = true;
398                       Threads.stopOnPonderhit = false;
399                   }
400               }
401               else if (bestValue >= beta)
402                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
403               else
404                   break;
405
406               delta += delta / 4 + 5;
407
408               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
409           }
410
411           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
412           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
413
414           if (    mainThread
415               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
416               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
417       }
418
419       if (!Threads.stop)
420           completedDepth = rootDepth;
421
422       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
423          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
424          lastBestMoveDepth = rootDepth;
425       }
426
427       // Have we found a "mate in x"?
428       if (   Limits.mate
429           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
430           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
431           Threads.stop = true;
432
433       if (!mainThread)
434           continue;
435
436       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
437       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
438           skill.pick_best(multiPV);
439
440       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
441       if (    Limits.use_time_management()
442           && !Threads.stop
443           && !Threads.stopOnPonderhit)
444           {
445               const int F[] = { mainThread->failedLow,
446                                 bestValue - mainThread->previousScore };
447
448               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
449
450               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
451               timeReduction = 1.0;
452               for (int i : {3, 4, 5})
453                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
454                      timeReduction *= 1.25;
455
456               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
457               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
458               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
459
460               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
461               if (   rootMoves.size() == 1
462                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 581)
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   if (!mainThread)
475       return;
476
477   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
478
479   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
480   if (skill.enabled())
481       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
482                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
483 }
484
485
486 namespace {
487
488   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
489
490   template <NodeType NT>
491   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
492
493     const bool PvNode = NT == PV;
494     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
495
496     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
497     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
498     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
499     assert(!(PvNode && cutNode));
500     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
501
502     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
503     StateInfo st;
504     TTEntry* tte;
505     Key posKey;
506     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
507     Depth extension, newDepth;
508     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
509     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
510     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
511     Piece movedPiece;
512     int moveCount, captureCount, quietCount;
513
514     // Step 1. Initialize node
515     Thread* thisThread = pos.this_thread();
516     inCheck = pos.checkers();
517     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
518     bestValue = -VALUE_INFINITE;
519     maxValue = VALUE_INFINITE;
520
521     // Check for the available remaining time
522     if (thisThread == Threads.main())
523         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
524
525     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
526     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
527         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
528
529     if (!rootNode)
530     {
531         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
532         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
533             || pos.is_draw(ss->ply)
534             || ss->ply >= MAX_PLY)
535             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
536
537         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
538         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
539         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
540         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
541         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
542         // mate. In this case return a fail-high score.
543         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
544         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
545         if (alpha >= beta)
546             return alpha;
547     }
548
549     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
550
551     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
552     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
553     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
554     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
555     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
556
557     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
558     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
559     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
560     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
561     // LMR which are based on the statScore of parent position.
562     (ss+2)->statScore = 0;
563
564     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
565     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
566     // position key in case of an excluded move.
567     excludedMove = ss->excludedMove;
568     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
569     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
570     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
571     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
572             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
573
574     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
575     if (  !PvNode
576         && ttHit
577         && tte->depth() >= depth
578         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
579         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
580                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
581     {
582         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
583         if (ttMove)
584         {
585             if (ttValue >= beta)
586             {
587                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
588                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
589
590                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
591                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
592                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
593             }
594             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
595             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
596             {
597                 int penalty = -stat_bonus(depth);
598                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
599                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
600             }
601         }
602         return ttValue;
603     }
604
605     // Step 5. Tablebases probe
606     if (!rootNode && TB::Cardinality)
607     {
608         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
609
610         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
611             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
612             &&  pos.rule50_count() == 0
613             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
614         {
615             TB::ProbeState err;
616             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
617
618             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
619             {
620                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
621
622                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
623
624                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
625                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
626                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
627
628                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
629                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
630
631                 if (    b == BOUND_EXACT
632                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
633                 {
634                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
635                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
636                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
637
638                     return value;
639                 }
640
641                 if (PvNode)
642                 {
643                     if (b == BOUND_LOWER)
644                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
645                     else
646                         maxValue = value;
647                 }
648             }
649         }
650     }
651
652     // Step 6. Evaluate the position statically
653     if (inCheck)
654     {
655         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
656         goto moves_loop;
657     }
658     else if (ttHit)
659     {
660         // Never assume anything on values stored in TT
661         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
662             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
663
664         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
665         if (    ttValue != VALUE_NONE
666             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
667             eval = ttValue;
668     }
669     else
670     {
671         ss->staticEval = eval =
672         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
673                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
674
675         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
676                   ss->staticEval, TT.generation());
677     }
678
679     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
680         goto moves_loop;
681
682     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
683     if (   !PvNode
684         &&  depth <= ONE_PLY)
685     {
686         if (eval + RazorMargin1 <= alpha)
687             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
688     }
689     else if (   !PvNode
690              &&  depth <= 2 * ONE_PLY
691              &&  eval + RazorMargin2 <= alpha)
692     {
693         Value ralpha = alpha - RazorMargin2;
694         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
695         if (v <= ralpha)
696             return v;
697     }
698
699     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
700     if (   !rootNode
701         &&  depth < 7 * ONE_PLY
702         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
703         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
704         return eval;
705
706     // Step 9. Null move search with verification search
707     if (   !PvNode
708         &&  eval >= beta
709         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
710         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
711     {
712         assert(eval - beta >= 0);
713
714         // Null move dynamic reduction based on depth and value
715         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
716
717         ss->currentMove = MOVE_NULL;
718         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
719
720         pos.do_null_move(st);
721         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
722                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
723         pos.undo_null_move();
724
725         if (nullValue >= beta)
726         {
727             // Do not return unproven mate scores
728             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
729                 nullValue = beta;
730
731             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
732                 return nullValue;
733
734             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
735             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
736             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
737             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
738
739             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
740                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
741
742             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
743
744             if (v >= beta)
745                 return nullValue;
746         }
747     }
748
749     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
750     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
751     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
752     if (   !PvNode
753         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
754         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
755     {
756         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
757
758         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
759         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
760
761         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
762             if (pos.legal(move))
763             {
764                 ss->currentMove = move;
765                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
766
767                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
768
769                 pos.do_move(move, st);
770
771                 // Perform a preliminary search at depth 1 to verify that the move holds.
772                 // We will only do this search if the depth is not 5, thus avoiding two
773                 // searches at depth 1 in a row.
774                 if (depth != 5 * ONE_PLY)
775                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, ONE_PLY, !cutNode, true);
776
777                 // If the first search was skipped or was performed and held, perform
778                 // the regular search.
779                 if (depth == 5 * ONE_PLY || value >= rbeta)
780                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
781
782                 pos.undo_move(move);
783                 if (value >= rbeta)
784                     return value;
785             }
786     }
787
788     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
789     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
790         && !ttMove
791         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
792     {
793         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
794         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
795
796         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
797         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
798         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
799     }
800
801 moves_loop: // When in check, search starts from here
802
803     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
804     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
805
806     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
807     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
808     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
809             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
810                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
811
812     singularExtensionNode =   !rootNode
813                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
814                            &&  ttMove != MOVE_NONE
815                            &&  ttValue != VALUE_NONE
816                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
817                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
818                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
819     skipQuiets = false;
820     ttCapture = false;
821     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
822
823     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
824     // or a beta cutoff occurs.
825     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
826     {
827       assert(is_ok(move));
828
829       if (move == excludedMove)
830           continue;
831
832       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
833       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
834       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
835       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
836                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
837           continue;
838
839       ss->moveCount = ++moveCount;
840
841       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
842           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
843                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
844                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
845       if (PvNode)
846           (ss+1)->pv = nullptr;
847
848       extension = DEPTH_ZERO;
849       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
850       movedPiece = pos.moved_piece(move);
851       givesCheck = gives_check(pos, move);
852
853       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
854                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
855
856       // Step 13. Extensions
857
858       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
859       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
860       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
861       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
862       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
863       if (    singularExtensionNode
864           &&  move == ttMove
865           &&  pos.legal(move))
866       {
867           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
868           ss->excludedMove = move;
869           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
870           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
871
872           if (value < rBeta)
873               extension = ONE_PLY;
874       }
875       else if (    givesCheck // Check extension
876                && !moveCountPruning
877                &&  pos.see_ge(move))
878           extension = ONE_PLY;
879
880       // Calculate new depth for this move
881       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
882
883       // Step 14. Pruning at shallow depth
884       if (  !rootNode
885           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
886           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
887       {
888           if (   !captureOrPromotion
889               && !givesCheck
890               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
891           {
892               // Move count based pruning
893               if (moveCountPruning)
894               {
895                   skipQuiets = true;
896                   continue;
897               }
898
899               // Reduced depth of the next LMR search
900               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
901
902               // Countermoves based pruning
903               if (   lmrDepth < 3
904                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
905                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
906                   continue;
907
908               // Futility pruning: parent node
909               if (   lmrDepth < 7
910                   && !inCheck
911                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
912                   continue;
913
914               // Prune moves with negative SEE
915               if (   lmrDepth < 8
916                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
917                   continue;
918           }
919           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
920                    && !extension
921                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
922                   continue;
923       }
924
925       // Speculative prefetch as early as possible
926       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
927
928       // Check for legality just before making the move
929       if (!rootNode && !pos.legal(move))
930       {
931           ss->moveCount = --moveCount;
932           continue;
933       }
934
935       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
936           ttCapture = true;
937
938       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
939       ss->currentMove = move;
940       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
941
942       // Step 15. Make the move
943       pos.do_move(move, st, givesCheck);
944
945       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
946       // re-searched at full depth.
947       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
948           &&  moveCount > 1
949           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
950       {
951           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
952
953           if (captureOrPromotion)
954               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
955           else
956           {
957               // Decrease reduction if opponent's move count is high
958               if ((ss-1)->moveCount > 15)
959                   r -= ONE_PLY;
960
961               // Decrease reduction for exact PV nodes
962               if (pvExact)
963                   r -= ONE_PLY;
964
965               // Increase reduction if ttMove is a capture
966               if (ttCapture)
967                   r += ONE_PLY;
968
969               // Increase reduction for cut nodes
970               if (cutNode)
971                   r += 2 * ONE_PLY;
972
973               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
974               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
975               // hence break make_move().
976               else if (    type_of(move) == NORMAL
977                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
978                   r -= 2 * ONE_PLY;
979
980               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
981                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
982                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
983                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
984                              - 4000;
985
986               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
987               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
988                   r -= ONE_PLY;
989
990               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
991                   r += ONE_PLY;
992
993               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
994               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
995           }
996
997           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
998
999           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1000
1001           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1002       }
1003       else
1004           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1005
1006       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1007       if (doFullDepthSearch)
1008           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1009                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1010                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1011                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1012
1013       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1014       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1015       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1016       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1017       {
1018           (ss+1)->pv = pv;
1019           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1020
1021           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1022                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1023                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1024                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1025       }
1026
1027       // Step 18. Undo move
1028       pos.undo_move(move);
1029
1030       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1031
1032       // Step 19. Check for a new best move
1033       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1034       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1035       // updating best move, PV and TT.
1036       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1037           return VALUE_ZERO;
1038
1039       if (rootNode)
1040       {
1041           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1042                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1043
1044           // PV move or new best move?
1045           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1046           {
1047               rm.score = value;
1048               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1049               rm.pv.resize(1);
1050
1051               assert((ss+1)->pv);
1052
1053               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1054                   rm.pv.push_back(*m);
1055
1056               // We record how often the best move has been changed in each
1057               // iteration. This information is used for time management: When
1058               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1059               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1060                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1061           }
1062           else
1063               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1064               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1065               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1066               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1067       }
1068
1069       if (value > bestValue)
1070       {
1071           bestValue = value;
1072
1073           if (value > alpha)
1074           {
1075               bestMove = move;
1076
1077               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1078                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1079
1080               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1081                   alpha = value;
1082               else
1083               {
1084                   assert(value >= beta); // Fail high
1085                   break;
1086               }
1087           }
1088       }
1089
1090       if (move != bestMove)
1091       {
1092           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1093               capturesSearched[captureCount++] = move;
1094
1095           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1096               quietsSearched[quietCount++] = move;
1097       }
1098     }
1099
1100     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1101     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1102     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1103     /*
1104        if (Threads.stop)
1105         return VALUE_DRAW;
1106     */
1107
1108     // Step 20. Check for mate and stalemate
1109     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1110     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1111     // return a fail low score.
1112
1113     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1114
1115     if (!moveCount)
1116         bestValue = excludedMove ? alpha
1117                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1118     else if (bestMove)
1119     {
1120         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1121         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1122             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1123         else
1124             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1125
1126         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1127         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1128             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1129     }
1130     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1131     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1132              && !pos.captured_piece()
1133              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1134         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1135
1136     if (PvNode)
1137         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1138
1139     if (!excludedMove)
1140         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1141                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1142                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1143                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1144
1145     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1146
1147     return bestValue;
1148   }
1149
1150
1151   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1152   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1153
1154   template <NodeType NT, bool InCheck>
1155   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1156
1157     const bool PvNode = NT == PV;
1158
1159     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1160     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1161     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1162     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1163     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1164
1165     Move pv[MAX_PLY+1];
1166     StateInfo st;
1167     TTEntry* tte;
1168     Key posKey;
1169     Move ttMove, move, bestMove;
1170     Depth ttDepth;
1171     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1172     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1173     int moveCount;
1174
1175     if (PvNode)
1176     {
1177         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1178         (ss+1)->pv = pv;
1179         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1180     }
1181
1182     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1183     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1184     moveCount = 0;
1185
1186     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1187     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1188         || ss->ply >= MAX_PLY)
1189         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1190
1191     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1192
1193     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1194     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1195     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1196     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1197                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1198     // Transposition table lookup
1199     posKey = pos.key();
1200     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1201     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1202     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1203
1204     if (  !PvNode
1205         && ttHit
1206         && tte->depth() >= ttDepth
1207         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1208         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1209                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1210         return ttValue;
1211
1212     // Evaluate the position statically
1213     if (InCheck)
1214     {
1215         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1216         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1217     }
1218     else
1219     {
1220         if (ttHit)
1221         {
1222             // Never assume anything on values stored in TT
1223             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1224                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1225
1226             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1227             if (   ttValue != VALUE_NONE
1228                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1229                 bestValue = ttValue;
1230         }
1231         else
1232             ss->staticEval = bestValue =
1233             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1234                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1235
1236         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1237         if (bestValue >= beta)
1238         {
1239             if (!ttHit)
1240                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1241                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1242
1243             return bestValue;
1244         }
1245
1246         if (PvNode && bestValue > alpha)
1247             alpha = bestValue;
1248
1249         futilityBase = bestValue + 128;
1250     }
1251
1252     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1253     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1254     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1255     // be generated.
1256     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1257
1258     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1259     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1260     {
1261       assert(is_ok(move));
1262
1263       givesCheck = gives_check(pos, move);
1264
1265       moveCount++;
1266
1267       // Futility pruning
1268       if (   !InCheck
1269           && !givesCheck
1270           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1271           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1272       {
1273           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1274
1275           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1276
1277           if (futilityValue <= alpha)
1278           {
1279               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1280               continue;
1281           }
1282
1283           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1284           {
1285               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1286               continue;
1287           }
1288       }
1289
1290       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1291       evasionPrunable =    InCheck
1292                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1293                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1294                        && !pos.capture(move);
1295
1296       // Don't search moves with negative SEE values
1297       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1298           && !pos.see_ge(move))
1299           continue;
1300
1301       // Speculative prefetch as early as possible
1302       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1303
1304       // Check for legality just before making the move
1305       if (!pos.legal(move))
1306       {
1307           moveCount--;
1308           continue;
1309       }
1310
1311       ss->currentMove = move;
1312
1313       // Make and search the move
1314       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1315       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1316                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1317       pos.undo_move(move);
1318
1319       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1320
1321       // Check for a new best move
1322       if (value > bestValue)
1323       {
1324           bestValue = value;
1325
1326           if (value > alpha)
1327           {
1328               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1329                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1330
1331               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1332               {
1333                   alpha = value;
1334                   bestMove = move;
1335               }
1336               else // Fail high
1337               {
1338                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1339                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1340
1341                   return value;
1342               }
1343           }
1344        }
1345     }
1346
1347     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1348     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1349     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1350         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1351
1352     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1353               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1354               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1355
1356     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1357
1358     return bestValue;
1359   }
1360
1361
1362   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1363   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1364   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1365
1366   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1367
1368     assert(v != VALUE_NONE);
1369
1370     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1371           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1372   }
1373
1374
1375   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1376   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1377   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1378
1379   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1380
1381     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1382           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1383           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1384   }
1385
1386
1387   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1388
1389   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1390
1391     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1392         *pv++ = *childPv++;
1393     *pv = MOVE_NONE;
1394   }
1395
1396
1397   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1398   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1399
1400   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1401
1402     for (int i : {1, 2, 4})
1403         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1404             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1405   }
1406
1407
1408   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1409
1410   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1411                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1412
1413       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1414       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1415       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1416       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1417
1418       // Decrease all the other played capture moves
1419       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1420       {
1421           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1422           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1423           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1424       }
1425   }
1426
1427
1428   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1429
1430   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1431                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1432
1433     if (ss->killers[0] != move)
1434     {
1435         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1436         ss->killers[0] = move;
1437     }
1438
1439     Color us = pos.side_to_move();
1440     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1441     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1442     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1443
1444     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1445     {
1446         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1447         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1448     }
1449
1450     // Decrease all the other played quiet moves
1451     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1452     {
1453         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1454         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1455     }
1456   }
1457
1458   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1459   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1460
1461   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1462
1463     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1464     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1465
1466     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1467     Value topScore = rootMoves[0].score;
1468     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1469     int weakness = 120 - 2 * level;
1470     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1471
1472     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1473     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1474     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1475     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1476     {
1477         // This is our magic formula
1478         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1479                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1480
1481         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1482         {
1483             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1484             best = rootMoves[i].pv[0];
1485         }
1486     }
1487
1488     return best;
1489   }
1490
1491 } // namespace
1492
1493 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1494 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1495
1496 void MainThread::check_time() {
1497
1498   if (--callsCnt > 0)
1499       return;
1500
1501   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1502   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1503
1504   static TimePoint lastInfoTime = now();
1505
1506   int elapsed = Time.elapsed();
1507   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1508
1509   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1510   {
1511       lastInfoTime = tick;
1512       dbg_print();
1513   }
1514
1515   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1516   if (Threads.ponder)
1517       return;
1518
1519   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1520       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1521       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1522       Threads.stop = true;
1523 }
1524
1525
1526 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1527 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1528
1529 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1530
1531   std::stringstream ss;
1532   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1533   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1534   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1535   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1536   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1537   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1538
1539   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1540   {
1541       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1542
1543       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1544           continue;
1545
1546       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1547       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1548
1549       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1550       v = tb ? TB::Score : v;
1551
1552       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1553           ss << "\n";
1554
1555       ss << "info"
1556          << " depth "    << d / ONE_PLY
1557          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1558          << " multipv "  << i + 1
1559          << " score "    << UCI::value(v);
1560
1561       if (!tb && i == PVIdx)
1562           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1563
1564       ss << " nodes "    << nodesSearched
1565          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1566
1567       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1568           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1569
1570       ss << " tbhits "   << tbHits
1571          << " time "     << elapsed
1572          << " pv";
1573
1574       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1575           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1576   }
1577
1578   return ss.str();
1579 }
1580
1581
1582 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1583 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1584 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1585 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1586
1587 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1588
1589     StateInfo st;
1590     bool ttHit;
1591
1592     assert(pv.size() == 1);
1593
1594     if (!pv[0])
1595         return false;
1596
1597     pos.do_move(pv[0], st);
1598     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1599
1600     if (ttHit)
1601     {
1602         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1603         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1604             pv.push_back(m);
1605     }
1606
1607     pos.undo_move(pv[0]);
1608     return pv.size() > 1;
1609 }
1610
1611
1612 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1613
1614     RootInTB = false;
1615     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1616     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1617     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1618
1619     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1620     if (Cardinality > MaxCardinality)
1621     {
1622         Cardinality = MaxCardinality;
1623         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1624     }
1625
1626     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1627         return;
1628
1629     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1630     if (Options["MultiPV"] != 1)
1631         return;
1632
1633     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1634     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1635     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1636
1637     if (RootInTB)
1638         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1639
1640     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1641     {
1642         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1643         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1644
1645         // Only probe during search if winning
1646         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1647             Cardinality = 0;
1648     }
1649
1650     if (RootInTB && !UseRule50)
1651         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1652                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1653                                             :  VALUE_DRAW;
1654
1655     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1656     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1657     for (RootMove& rm : rootMoves)
1658         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1659 }