Retire CheckInfo
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
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 a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
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(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int 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 / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
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 structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly 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 the 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]));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1]));
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   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
172   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
183       for (int d = 1; d < 64; ++d)
184           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
185           {
186               double r = log(d) * log(mc) / 2;
187               if (r < 0.80)
188                 continue;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211   CounterMoveHistory.clear();
212
213   for (Thread* th : Threads)
214   {
215       th->history.clear();
216       th->counterMoves.clear();
217       th->fromTo.clear();
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
232
233   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
234   {
235       if (Root && depth <= ONE_PLY)
236           cnt = 1, nodes++;
237       else
238       {
239           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m));
240           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
241           nodes += cnt;
242           pos.undo_move(m);
243       }
244       if (Root)
245           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
246   }
247   return nodes;
248 }
249
250 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
251
252
253 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
254 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
255
256 void MainThread::search() {
257
258   Color us = rootPos.side_to_move();
259   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
260
261   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
262   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
263   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
264
265   if (rootMoves.empty())
266   {
267       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
268       sync_cout << "info depth 0 score "
269                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
270                 << sync_endl;
271   }
272   else
273   {
274       for (Thread* th : Threads)
275           if (th != this)
276               th->start_searching();
277
278       Thread::search(); // Let's start searching!
279   }
280
281   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
282   // the available ones before exiting.
283   if (Limits.npmsec)
284       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
285
286   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
287   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
288   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
289   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
290   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
291   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
292   {
293       Signals.stopOnPonderhit = true;
294       wait(Signals.stop);
295   }
296
297   // Stop the threads if not already stopped
298   Signals.stop = true;
299
300   // Wait until all threads have finished
301   for (Thread* th : Threads)
302       if (th != this)
303           th->wait_for_search_finished();
304
305   // Check if there are threads with a better score than main thread
306   Thread* bestThread = this;
307   if (   !this->easyMovePlayed
308       &&  Options["MultiPV"] == 1
309       && !Limits.depth
310       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
311       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
312   {
313       for (Thread* th : Threads)
314           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
315               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
316               bestThread = th;
317   }
318
319   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
320
321   // Send new PV when needed
322   if (bestThread != this)
323       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
324
325   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
326
327   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
328       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
329
330   std::cout << sync_endl;
331 }
332
333
334 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
335 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
336 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
337
338 void Thread::search() {
339
340   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
341   Value bestValue, alpha, beta, delta;
342   Move easyMove = MOVE_NONE;
343   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
344
345   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
346
347   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
348   beta = VALUE_INFINITE;
349   completedDepth = DEPTH_ZERO;
350
351   if (mainThread)
352   {
353       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
354       EasyMove.clear();
355       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
356       mainThread->bestMoveChanges = 0;
357       TT.new_search();
358   }
359
360   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
361   Skill skill(Options["Skill Level"]);
362
363   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
364   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
365   if (skill.enabled())
366       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
367
368   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
369
370   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
371   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
372          && !Signals.stop
373          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
374   {
375       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
376       // 2nd ply (using a half-density matrix).
377       if (!mainThread)
378       {
379           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
380           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
381              continue;
382       }
383
384       // Age out PV variability metric
385       if (mainThread)
386           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
387
388       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
389       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
390       for (RootMove& rm : rootMoves)
391           rm.previousScore = rm.score;
392
393       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
394       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
395       {
396           // Reset aspiration window starting size
397           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
398           {
399               delta = Value(18);
400               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
401               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
402           }
403
404           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
405           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
406           // high/low anymore.
407           while (true)
408           {
409               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
410
411               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
412               // is done with a stable algorithm because all the values but the
413               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
414               // and we want to keep the same order for all the moves except the
415               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
416               // search the already searched PV lines are preserved.
417               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
418
419               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
420               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
421               // valid, although it refers to the previous iteration.
422               if (Signals.stop)
423                   break;
424
425               // When failing high/low give some update (without cluttering
426               // the UI) before a re-search.
427               if (   mainThread
428                   && multiPV == 1
429                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
430                   && Time.elapsed() > 3000)
431                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
432
433               // In case of failing low/high increase aspiration window and
434               // re-search, otherwise exit the loop.
435               if (bestValue <= alpha)
436               {
437                   beta = (alpha + beta) / 2;
438                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
439
440                   if (mainThread)
441                   {
442                       mainThread->failedLow = true;
443                       Signals.stopOnPonderhit = false;
444                   }
445               }
446               else if (bestValue >= beta)
447               {
448                   alpha = (alpha + beta) / 2;
449                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
450               }
451               else
452                   break;
453
454               delta += delta / 4 + 5;
455
456               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
457           }
458
459           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
460           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
461
462           if (!mainThread)
463               continue;
464
465           if (Signals.stop)
466               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
467                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
468
469           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
470               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
471       }
472
473       if (!Signals.stop)
474           completedDepth = rootDepth;
475
476       if (!mainThread)
477           continue;
478
479       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
480       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
481           skill.pick_best(multiPV);
482
483       // Have we found a "mate in x"?
484       if (   Limits.mate
485           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
486           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
487           Signals.stop = true;
488
489       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
490       if (Limits.use_time_management())
491       {
492           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
493           {
494               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
495               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
496               // from the previous search and just did a fast verification.
497               const int F[] = { mainThread->failedLow,
498                                 bestValue - mainThread->previousScore };
499
500               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
501               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
502
503               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
504                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
505                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
506
507               if (   rootMoves.size() == 1
508                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
509                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
510               {
511                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
512                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
513                   if (Limits.ponder)
514                       Signals.stopOnPonderhit = true;
515                   else
516                       Signals.stop = true;
517               }
518           }
519
520           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
521               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
522           else
523               EasyMove.clear();
524       }
525   }
526
527   if (!mainThread)
528       return;
529
530   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
531   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
532   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
533       EasyMove.clear();
534
535   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
536   if (skill.enabled())
537       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
538                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
539 }
540
541
542 namespace {
543
544   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
545
546   template <NodeType NT>
547   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
548
549     const bool PvNode = NT == PV;
550     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
551
552     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
553     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
554     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
555     assert(!(PvNode && cutNode));
556     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
557
558     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
559     StateInfo st;
560     TTEntry* tte;
561     Key posKey;
562     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
563     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
564     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
565     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
566     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
567     Piece moved_piece;
568     int moveCount, quietCount;
569
570     // Step 1. Initialize node
571     Thread* thisThread = pos.this_thread();
572     inCheck = pos.checkers();
573     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
574     bestValue = -VALUE_INFINITE;
575     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
576
577     // Check for the available remaining time
578     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
579     {
580         thisThread->resetCalls = false;
581         thisThread->callsCnt = 0;
582     }
583     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
584     {
585         for (Thread* th : Threads)
586             th->resetCalls = true;
587
588         check_time();
589     }
590
591     // Used to send selDepth info to GUI
592     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
593         thisThread->maxPly = ss->ply;
594
595     if (!rootNode)
596     {
597         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
598         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
599             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
600                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
601
602         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
603         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
604         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
605         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
606         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
607         // mate. In this case return a fail-high score.
608         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
609         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
610         if (alpha >= beta)
611             return alpha;
612     }
613
614     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
615
616     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
617     ss->counterMoves = nullptr;
618     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
619     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
620
621     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
622     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
623     // position key in case of an excluded move.
624     excludedMove = ss->excludedMove;
625     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
626     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
627     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
628     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
629             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
630
631     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
632     if (  !PvNode
633         && ttHit
634         && tte->depth() >= depth
635         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
636         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
637                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
638     {
639         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
640
641         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
642         if (ttValue >= beta && ttMove)
643         {
644             int d = depth / ONE_PLY;
645
646             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
647             {
648                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
649                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
650             }
651
652             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
653             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
654             {
655                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
656                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
657                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
658             }
659         }
660         return ttValue;
661     }
662
663     // Step 4a. Tablebase probe
664     if (!rootNode && TB::Cardinality)
665     {
666         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
667
668         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
669             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
670             &&  pos.rule50_count() == 0
671             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
672         {
673             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
674
675             if (found)
676             {
677                 TB::Hits++;
678
679                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
680
681                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
682                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
683                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
684
685                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
686                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
687                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
688
689                 return value;
690             }
691         }
692     }
693
694     // Step 5. Evaluate the position statically
695     if (inCheck)
696     {
697         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
698         goto moves_loop;
699     }
700
701     else if (ttHit)
702     {
703         // Never assume anything on values stored in TT
704         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
705             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
706
707         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
708         if (ttValue != VALUE_NONE)
709             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
710                 eval = ttValue;
711     }
712     else
713     {
714         eval = ss->staticEval =
715         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
716                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
717
718         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
719                   ss->staticEval, TT.generation());
720     }
721
722     if (ss->skipEarlyPruning)
723         goto moves_loop;
724
725     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
726     if (   !PvNode
727         &&  depth < 4 * ONE_PLY
728         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha
729         &&  ttMove == MOVE_NONE)
730     {
731         if (   depth <= ONE_PLY
732             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
733             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
734
735         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
736         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
737         if (v <= ralpha)
738             return v;
739     }
740
741     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
742     if (   !rootNode
743         &&  depth < 7 * ONE_PLY
744         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
745         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
746         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
747         return eval - futility_margin(depth);
748
749     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
750     if (   !PvNode
751         &&  eval >= beta
752         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
753         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
754     {
755         ss->currentMove = MOVE_NULL;
756         ss->counterMoves = nullptr;
757
758         assert(eval - beta >= 0);
759
760         // Null move dynamic reduction based on depth and value
761         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
762
763         pos.do_null_move(st);
764         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
765         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
766                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
767         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
768         pos.undo_null_move();
769
770         if (nullValue >= beta)
771         {
772             // Do not return unproven mate scores
773             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
774                 nullValue = beta;
775
776             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
777                 return nullValue;
778
779             // Do verification search at high depths
780             ss->skipEarlyPruning = true;
781             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
782                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
783             ss->skipEarlyPruning = false;
784
785             if (v >= beta)
786                 return nullValue;
787         }
788     }
789
790     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
791     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
792     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
793     // safely prune the previous move.
794     if (   !PvNode
795         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
796         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
797     {
798         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
799         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
800
801         assert(rdepth >= ONE_PLY);
802         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
803         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
804
805         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
806
807         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
808             if (pos.legal(move))
809             {
810                 ss->currentMove = move;
811                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
812                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move));
813                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
814                 pos.undo_move(move);
815                 if (value >= rbeta)
816                     return value;
817             }
818     }
819
820     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
821     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
822         && !ttMove
823         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
824     {
825         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
826         ss->skipEarlyPruning = true;
827         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
828         ss->skipEarlyPruning = false;
829
830         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
831         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
832     }
833
834 moves_loop: // When in check search starts from here
835
836     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
837     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
838     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
839
840     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
841     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
842     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
843             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
844                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
845
846     singularExtensionNode =   !rootNode
847                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
848                            &&  ttMove != MOVE_NONE
849                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
850                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
851                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
852                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
853                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
854
855     // Step 11. Loop through moves
856     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
857     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
858     {
859       assert(is_ok(move));
860
861       if (move == excludedMove)
862           continue;
863
864       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
865       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
866       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
867       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
868                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
869           continue;
870
871       ss->moveCount = ++moveCount;
872
873       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
874           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
875                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
876                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
877
878       if (PvNode)
879           (ss+1)->pv = nullptr;
880
881       extension = DEPTH_ZERO;
882       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
883       moved_piece = pos.moved_piece(move);
884
885       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
886                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
887                   : pos.gives_check(move);
888
889       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
890                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
891
892       // Step 12. Extend checks
893       if (    givesCheck
894           && !moveCountPruning
895           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
896           extension = ONE_PLY;
897
898       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
899       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
900       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
901       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
902       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
903       if (    singularExtensionNode
904           &&  move == ttMove
905           && !extension
906           &&  pos.legal(move))
907       {
908           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
909           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
910           ss->excludedMove = move;
911           ss->skipEarlyPruning = true;
912           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
913           ss->skipEarlyPruning = false;
914           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
915
916           if (value < rBeta)
917               extension = ONE_PLY;
918       }
919
920       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
921       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
922
923       // Step 13. Pruning at shallow depth
924       if (   !rootNode
925           && !captureOrPromotion
926           && !inCheck
927           && !givesCheck
928           && !pos.advanced_pawn_push(move)
929           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
930       {
931           // Move count based pruning
932           if (moveCountPruning)
933               continue;
934
935           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
936
937           // Countermoves based pruning
938           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
939               && move != ss->killers[0]
940               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
941               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
942               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
943               continue;
944
945           // Futility pruning: parent node
946           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
947               && ss->staticEval + 256 + 200 * predictedDepth / ONE_PLY <= alpha)
948               continue;
949
950           // Prune moves with negative SEE at low depths and below a decreasing
951           // threshold at higher depths.
952           if (predictedDepth < 8 * ONE_PLY)
953           {
954               Value see_v = predictedDepth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_ZERO
955                             : -PawnValueMg * 2 * int(predictedDepth - 3 * ONE_PLY) / ONE_PLY;
956
957               if (pos.see_sign(move) < see_v)
958                   continue;
959           }
960       }
961
962       // Speculative prefetch as early as possible
963       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
964
965       // Check for legality just before making the move
966       if (!rootNode && !pos.legal(move))
967       {
968           ss->moveCount = --moveCount;
969           continue;
970       }
971
972       ss->currentMove = move;
973       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
974
975       // Step 14. Make the move
976       pos.do_move(move, st, givesCheck);
977
978       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
979       // re-searched at full depth.
980       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
981           &&  moveCount > 1
982           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
983       {
984           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
985
986           if (captureOrPromotion)
987               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
988           else
989           {
990               // Increase reduction for cut nodes
991               if (cutNode)
992                   r += 2 * ONE_PLY;
993
994               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
995               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
996               // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
997               // because the destination square is empty.
998               else if (   type_of(move) == NORMAL
999                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1000                        && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1001                   r -= 2 * ONE_PLY;
1002
1003               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1004               Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
1005                          +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1006                          +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1007                          +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1008                          +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
1009               int rHist = (val - 8000) / 20000;
1010               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - rHist) * ONE_PLY);
1011           }
1012
1013           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1014
1015           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1016
1017           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1018       }
1019       else
1020           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1021
1022       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1023       if (doFullDepthSearch)
1024           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1025                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1026                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1027                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1028
1029       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1030       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1031       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1032       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1033       {
1034           (ss+1)->pv = pv;
1035           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1036
1037           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1038                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1039                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1040                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1041       }
1042
1043       // Step 17. Undo move
1044       pos.undo_move(move);
1045
1046       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1047
1048       // Step 18. Check for a new best move
1049       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1050       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1051       // updating best move, PV and TT.
1052       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1053           return VALUE_ZERO;
1054
1055       if (rootNode)
1056       {
1057           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1058                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1059
1060           // PV move or new best move ?
1061           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1062           {
1063               rm.score = value;
1064               rm.pv.resize(1);
1065
1066               assert((ss+1)->pv);
1067
1068               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1069                   rm.pv.push_back(*m);
1070
1071               // We record how often the best move has been changed in each
1072               // iteration. This information is used for time management: When
1073               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1074               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1075                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1076           }
1077           else
1078               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1079               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1080               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1081               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1082       }
1083
1084       if (value > bestValue)
1085       {
1086           bestValue = value;
1087
1088           if (value > alpha)
1089           {
1090               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1091               if (    PvNode
1092                   &&  thisThread == Threads.main()
1093                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1094                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1095                   EasyMove.clear();
1096
1097               bestMove = move;
1098
1099               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1100                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1101
1102               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1103                   alpha = value;
1104               else
1105               {
1106                   assert(value >= beta); // Fail high
1107                   break;
1108               }
1109           }
1110       }
1111
1112       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1113           quietsSearched[quietCount++] = move;
1114     }
1115
1116     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1117     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1118     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1119     /*
1120        if (Signals.stop)
1121         return VALUE_DRAW;
1122     */
1123
1124     // Step 20. Check for mate and stalemate
1125     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1126     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1127     // return a fail low score.
1128     if (!moveCount)
1129         bestValue = excludedMove ? alpha
1130                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1131     else if (bestMove)
1132     {
1133         int d = depth / ONE_PLY;
1134
1135         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1136         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1137         {
1138             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1139             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1140         }
1141
1142         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1143         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1144         {
1145             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1146             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1147             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1148         }
1149     }
1150     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1151     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1152              && !pos.captured_piece_type()
1153              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1154     {
1155         int d = depth / ONE_PLY;
1156         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1157         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1158         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1159     }
1160
1161     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1162               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1163               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1164               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1165
1166     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1167
1168     return bestValue;
1169   }
1170
1171
1172   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1173   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1174   // less than ONE_PLY).
1175
1176   template <NodeType NT, bool InCheck>
1177   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1178
1179     const bool PvNode = NT == PV;
1180
1181     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1182     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1183     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1184     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1185     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1186
1187     Move pv[MAX_PLY+1];
1188     StateInfo st;
1189     TTEntry* tte;
1190     Key posKey;
1191     Move ttMove, move, bestMove;
1192     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1193     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1194     Depth ttDepth;
1195
1196     if (PvNode)
1197     {
1198         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1199         (ss+1)->pv = pv;
1200         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1201     }
1202
1203     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1204     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1205
1206     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1207     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1208         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1209                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1210
1211     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1212
1213     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1214     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1215     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1216     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1217                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1218
1219     // Transposition table lookup
1220     posKey = pos.key();
1221     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1222     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1223     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1224
1225     if (  !PvNode
1226         && ttHit
1227         && tte->depth() >= ttDepth
1228         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1229         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1230                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1231     {
1232         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1233         return ttValue;
1234     }
1235
1236     // Evaluate the position statically
1237     if (InCheck)
1238     {
1239         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1240         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1241     }
1242     else
1243     {
1244         if (ttHit)
1245         {
1246             // Never assume anything on values stored in TT
1247             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1248                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1249
1250             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1251             if (ttValue != VALUE_NONE)
1252                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1253                     bestValue = ttValue;
1254         }
1255         else
1256             ss->staticEval = bestValue =
1257             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1258                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1259
1260         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1261         if (bestValue >= beta)
1262         {
1263             if (!ttHit)
1264                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1265                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1266
1267             return bestValue;
1268         }
1269
1270         if (PvNode && bestValue > alpha)
1271             alpha = bestValue;
1272
1273         futilityBase = bestValue + 128;
1274     }
1275
1276     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1277     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1278     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1279     // be generated.
1280     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1281
1282     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1283     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1284     {
1285       assert(is_ok(move));
1286
1287       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1288                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1289                   : pos.gives_check(move);
1290
1291       // Futility pruning
1292       if (   !InCheck
1293           && !givesCheck
1294           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1295           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1296       {
1297           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1298
1299           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1300
1301           if (futilityValue <= alpha)
1302           {
1303               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1304               continue;
1305           }
1306
1307           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1308           {
1309               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1310               continue;
1311           }
1312       }
1313
1314       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1315       evasionPrunable =    InCheck
1316                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1317                        && !pos.capture(move);
1318
1319       // Don't search moves with negative SEE values
1320       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1321           &&  type_of(move) != PROMOTION
1322           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1323           continue;
1324
1325       // Speculative prefetch as early as possible
1326       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1327
1328       // Check for legality just before making the move
1329       if (!pos.legal(move))
1330           continue;
1331
1332       ss->currentMove = move;
1333
1334       // Make and search the move
1335       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1336       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1337                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1338       pos.undo_move(move);
1339
1340       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1341
1342       // Check for a new best move
1343       if (value > bestValue)
1344       {
1345           bestValue = value;
1346
1347           if (value > alpha)
1348           {
1349               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1350                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1351
1352               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1353               {
1354                   alpha = value;
1355                   bestMove = move;
1356               }
1357               else // Fail high
1358               {
1359                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1360                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1361
1362                   return value;
1363               }
1364           }
1365        }
1366     }
1367
1368     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1369     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1370     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1371         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1372
1373     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1374               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1375               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1376
1377     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1378
1379     return bestValue;
1380   }
1381
1382
1383   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1384   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1385   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1386
1387   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1388
1389     assert(v != VALUE_NONE);
1390
1391     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1392           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1393   }
1394
1395
1396   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1397   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1398   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1399
1400   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1401
1402     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1403           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1409
1410   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1411
1412     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1413         *pv++ = *childPv++;
1414     *pv = MOVE_NONE;
1415   }
1416
1417
1418   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1419
1420   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1421
1422     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1423     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1424     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1425
1426     if (cmh)
1427         cmh->update(pc, s, bonus);
1428
1429     if (fmh1)
1430         fmh1->update(pc, s, bonus);
1431
1432     if (fmh2)
1433         fmh2->update(pc, s, bonus);
1434   }
1435
1436
1437   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1438   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1439
1440   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1441                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1442
1443     if (ss->killers[0] != move)
1444     {
1445         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1446         ss->killers[0] = move;
1447     }
1448
1449     Color c = pos.side_to_move();
1450     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1451     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1452     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1453     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1454
1455     if ((ss-1)->counterMoves)
1456     {
1457         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1458         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1459     }
1460
1461     // Decrease all the other played quiet moves
1462     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1463     {
1464         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1465         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1466         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1467     }
1468   }
1469
1470
1471   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1472   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1473
1474   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1475
1476     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1477     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1478
1479     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1480     Value topScore = rootMoves[0].score;
1481     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1482     int weakness = 120 - 2 * level;
1483     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1484
1485     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1486     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1487     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1488     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1489     {
1490         // This is our magic formula
1491         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1492                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1493
1494         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1495         {
1496             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1497             best = rootMoves[i].pv[0];
1498         }
1499     }
1500
1501     return best;
1502   }
1503
1504
1505   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1506   // when we are out of available time and thus stop the search.
1507
1508   void check_time() {
1509
1510     static TimePoint lastInfoTime = now();
1511
1512     int elapsed = Time.elapsed();
1513     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1514
1515     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1516     {
1517         lastInfoTime = tick;
1518         dbg_print();
1519     }
1520
1521     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1522     if (Limits.ponder)
1523         return;
1524
1525     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1526         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1527         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1528             Signals.stop = true;
1529   }
1530
1531 } // namespace
1532
1533
1534 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1535 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1536
1537 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1538
1539   std::stringstream ss;
1540   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1541   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1542   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1543   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1544   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1545
1546   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1547   {
1548       bool updated = (i <= PVIdx);
1549
1550       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1551           continue;
1552
1553       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1554       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1555
1556       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1557       v = tb ? TB::Score : v;
1558
1559       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1560           ss << "\n";
1561
1562       ss << "info"
1563          << " depth "    << d / ONE_PLY
1564          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1565          << " multipv "  << i + 1
1566          << " score "    << UCI::value(v);
1567
1568       if (!tb && i == PVIdx)
1569           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1570
1571       ss << " nodes "    << nodes_searched
1572          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1573
1574       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1575           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1576
1577       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1578          << " time "     << elapsed
1579          << " pv";
1580
1581       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1582           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1583   }
1584
1585   return ss.str();
1586 }
1587
1588
1589 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1590 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1591 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1592 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1593
1594 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1595 {
1596     StateInfo st;
1597     bool ttHit;
1598
1599     assert(pv.size() == 1);
1600
1601     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0]));
1602     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1603
1604     if (ttHit)
1605     {
1606         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1607         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1608             pv.push_back(m);
1609     }
1610
1611     pos.undo_move(pv[0]);
1612     return pv.size() > 1;
1613 }
1614
1615 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1616
1617     Hits = 0;
1618     RootInTB = false;
1619     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1620     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1621     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1622
1623     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1624     if (Cardinality > MaxCardinality)
1625     {
1626         Cardinality = MaxCardinality;
1627         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1628     }
1629
1630     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
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 (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1647             Cardinality = 0;
1648     }
1649
1650     if (RootInTB)
1651     {
1652         Hits = rootMoves.size();
1653
1654         if (!UseRule50)
1655             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1656                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1657                                                 :  VALUE_DRAW;
1658     }
1659 }