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[stockfish] / src / movepick.cpp
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@@ -1,8 +1,6 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
-  Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
-  Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2004-2024 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-#include <cassert>
-
 #include "movepick.h"
 
-namespace {
+#include <algorithm>
+#include <cassert>
+#include <utility>
+
+#include "bitboard.h"
+#include "position.h"
 
-  enum Stages {
-    MAIN_TT, CAPTURE_INIT, GOOD_CAPTURE, REFUTATION, QUIET_INIT, QUIET, BAD_CAPTURE,
-    EVASION_TT, EVASION_INIT, EVASION,
-    PROBCUT_TT, PROBCUT_INIT, PROBCUT,
-    QSEARCH_TT, QCAPTURE_INIT, QCAPTURE, QCHECK_INIT, QCHECK
-  };
+namespace Stockfish {
 
-  // Helper filter used with select()
-  const auto Any = [](){ return true; };
+namespace {
 
-  // partial_insertion_sort() sorts moves in descending order up to and including
-  // a given limit. The order of moves smaller than the limit is left unspecified.
-  void partial_insertion_sort(ExtMove* begin, ExtMove* end, int limit) {
+enum Stages {
+    // generate main search moves
+    MAIN_TT,
+    CAPTURE_INIT,
+    GOOD_CAPTURE,
+    QUIET_INIT,
+    GOOD_QUIET,
+    BAD_CAPTURE,
+    BAD_QUIET,
+
+    // generate evasion moves
+    EVASION_TT,
+    EVASION_INIT,
+    EVASION,
+
+    // generate probcut moves
+    PROBCUT_TT,
+    PROBCUT_INIT,
+    PROBCUT,
+
+    // generate qsearch moves
+    QSEARCH_TT,
+    QCAPTURE_INIT,
+    QCAPTURE
+};
+
+// Sort moves in descending order up to and including a given limit.
+// The order of moves smaller than the limit is left unspecified.
+void partial_insertion_sort(ExtMove* begin, ExtMove* end, int limit) {
 
     for (ExtMove *sortedEnd = begin, *p = begin + 1; p < end; ++p)
         if (p->value >= limit)
         {
             ExtMove tmp = *p, *q;
-            *p = *++sortedEnd;
+            *p          = *++sortedEnd;
             for (q = sortedEnd; q != begin && *(q - 1) < tmp; --q)
                 *q = *(q - 1);
             *q = tmp;
         }
-  }
-
-} // namespace
-
-
-/// Constructors of the MovePicker class. As arguments we pass information
-/// to help it to return the (presumably) good moves first, to decide which
-/// moves to return (in the quiescence search, for instance, we only want to
-/// search captures, promotions, and some checks) and how important good move
-/// ordering is at the current node.
-
-/// MovePicker constructor for the main search
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const ButterflyHistory* mh,
-                       const CapturePieceToHistory* cph, const PieceToHistory** ch, Move cm, Move* killers)
-           : pos(p), mainHistory(mh), captureHistory(cph), continuationHistory(ch),
-             refutations{{killers[0], 0}, {killers[1], 0}, {cm, 0}}, depth(d) {
+}
 
-  assert(d > DEPTH_ZERO);
+}  // namespace
+
+
+// Constructors of the MovePicker class. As arguments, we pass information
+// to decide which class of moves to emit, to help sorting the (presumably)
+// good moves first, and how important move ordering is at the current node.
+
+// MovePicker constructor for the main search and for the quiescence search
+MovePicker::MovePicker(const Position&              p,
+                       Move                         ttm,
+                       Depth                        d,
+                       const ButterflyHistory*      mh,
+                       const CapturePieceToHistory* cph,
+                       const PieceToHistory**       ch,
+                       const PawnHistory*           ph) :
+    pos(p),
+    mainHistory(mh),
+    captureHistory(cph),
+    continuationHistory(ch),
+    pawnHistory(ph),
+    ttMove(ttm),
+    depth(d) {
+
+    if (pos.checkers())
+        stage = EVASION_TT + !(ttm && pos.pseudo_legal(ttm));
+
+    else
+        stage = (depth > 0 ? MAIN_TT : QSEARCH_TT) + !(ttm && pos.pseudo_legal(ttm));
+}
 
-  stage = pos.checkers() ? EVASION_TT : MAIN_TT;
-  ttMove = ttm && pos.pseudo_legal(ttm) ? ttm : MOVE_NONE;
-  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
+// MovePicker constructor for ProbCut: we generate captures with Static Exchange
+// Evaluation (SEE) greater than or equal to the given threshold.
+MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, int th, const CapturePieceToHistory* cph) :
+    pos(p),
+    captureHistory(cph),
+    ttMove(ttm),
+    threshold(th) {
+    assert(!pos.checkers());
+
+    stage = PROBCUT_TT
+          + !(ttm && pos.capture_stage(ttm) && pos.pseudo_legal(ttm) && pos.see_ge(ttm, threshold));
 }
 
-/// MovePicker constructor for quiescence search
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Depth d, const ButterflyHistory* mh,
-                       const CapturePieceToHistory* cph, const PieceToHistory** ch, Square rs)
-           : pos(p), mainHistory(mh), captureHistory(cph), continuationHistory(ch), recaptureSquare(rs), depth(d) {
+// Assigns a numerical value to each move in a list, used for sorting.
+// Captures are ordered by Most Valuable Victim (MVV), preferring captures
+// with a good history. Quiets moves are ordered using the history tables.
+template<GenType Type>
+void MovePicker::score() {
 
-  assert(d <= DEPTH_ZERO);
+    static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == EVASIONS, "Wrong type");
 
-  stage = pos.checkers() ? EVASION_TT : QSEARCH_TT;
-  ttMove =    ttm
-           && pos.pseudo_legal(ttm)
-           && (depth > DEPTH_QS_RECAPTURES || to_sq(ttm) == recaptureSquare) ? ttm : MOVE_NONE;
-  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
-}
+    [[maybe_unused]] Bitboard threatenedByPawn, threatenedByMinor, threatenedByRook,
+      threatenedPieces;
+    if constexpr (Type == QUIETS)
+    {
+        Color us = pos.side_to_move();
 
-/// MovePicker constructor for ProbCut: we generate captures with SEE greater
-/// than or equal to the given threshold.
-MovePicker::MovePicker(const Position& p, Move ttm, Value th, const CapturePieceToHistory* cph)
-           : pos(p), captureHistory(cph), threshold(th) {
+        threatenedByPawn = pos.attacks_by<PAWN>(~us);
+        threatenedByMinor =
+          pos.attacks_by<KNIGHT>(~us) | pos.attacks_by<BISHOP>(~us) | threatenedByPawn;
+        threatenedByRook = pos.attacks_by<ROOK>(~us) | threatenedByMinor;
 
-  assert(!pos.checkers());
+        // Pieces threatened by pieces of lesser material value
+        threatenedPieces = (pos.pieces(us, QUEEN) & threatenedByRook)
+                         | (pos.pieces(us, ROOK) & threatenedByMinor)
+                         | (pos.pieces(us, KNIGHT, BISHOP) & threatenedByPawn);
+    }
 
-  stage = PROBCUT_TT;
-  ttMove =   ttm
-          && pos.pseudo_legal(ttm)
-          && pos.capture(ttm)
-          && pos.see_ge(ttm, threshold) ? ttm : MOVE_NONE;
-  stage += (ttMove == MOVE_NONE);
-}
+    for (auto& m : *this)
+        if constexpr (Type == CAPTURES)
+            m.value =
+              7 * int(PieceValue[pos.piece_on(m.to_sq())])
+              + (*captureHistory)[pos.moved_piece(m)][m.to_sq()][type_of(pos.piece_on(m.to_sq()))];
 
-/// MovePicker::score() assigns a numerical value to each move in a list, used
-/// for sorting. Captures are ordered by Most Valuable Victim (MVV), preferring
-/// captures with a good history. Quiets moves are ordered using the histories.
-template<GenType Type>
-void MovePicker::score() {
+        else if constexpr (Type == QUIETS)
+        {
+            Piece     pc   = pos.moved_piece(m);
+            PieceType pt   = type_of(pc);
+            Square    from = m.from_sq();
+            Square    to   = m.to_sq();
+
+            // histories
+            m.value = (*mainHistory)[pos.side_to_move()][m.from_to()];
+            m.value += 2 * (*pawnHistory)[pawn_structure_index(pos)][pc][to];
+            m.value += 2 * (*continuationHistory[0])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[1])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[2])[pc][to] / 3;
+            m.value += (*continuationHistory[3])[pc][to];
+            m.value += (*continuationHistory[5])[pc][to];
+
+            // bonus for checks
+            m.value += bool(pos.check_squares(pt) & to) * 16384;
+
+            // bonus for escaping from capture
+            m.value += threatenedPieces & from ? (pt == QUEEN && !(to & threatenedByRook)   ? 51700
+                                                  : pt == ROOK && !(to & threatenedByMinor) ? 25600
+                                                  : !(to & threatenedByPawn)                ? 14450
+                                                                                            : 0)
+                                               : 0;
+
+            // malus for putting piece en prise
+            m.value -= (pt == QUEEN  ? bool(to & threatenedByRook) * 49000
+                        : pt == ROOK ? bool(to & threatenedByMinor) * 24335
+                                     : bool(to & threatenedByPawn) * 14900);
+        }
 
-  static_assert(Type == CAPTURES || Type == QUIETS || Type == EVASIONS, "Wrong type");
-
-  for (auto& m : *this)
-      if (Type == CAPTURES)
-          m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
-                   + (*captureHistory)[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)][type_of(pos.piece_on(to_sq(m)))] / 8;
-
-      else if (Type == QUIETS)
-          m.value =  (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)]
-                   + (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
-                   + (*continuationHistory[1])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
-                   + (*continuationHistory[3])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)];
-
-      else // Type == EVASIONS
-      {
-          if (pos.capture(m))
-              m.value =  PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(m))]
-                       - Value(type_of(pos.moved_piece(m)));
-          else
-              m.value =  (*mainHistory)[pos.side_to_move()][from_to(m)]
-                       + (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][to_sq(m)]
-                       - (1 << 28);
-      }
+        else  // Type == EVASIONS
+        {
+            if (pos.capture_stage(m))
+                m.value =
+                  PieceValue[pos.piece_on(m.to_sq())] - type_of(pos.moved_piece(m)) + (1 << 28);
+            else
+                m.value = (*mainHistory)[pos.side_to_move()][m.from_to()]
+                        + (*continuationHistory[0])[pos.moved_piece(m)][m.to_sq()]
+                        + (*pawnHistory)[pawn_structure_index(pos)][pos.moved_piece(m)][m.to_sq()];
+        }
 }
 
-/// MovePicker::select() returns the next move satisfying a predicate function.
-/// It never returns the TT move.
+// Returns the next move satisfying a predicate function.
+// This never returns the TT move, as it was emitted before.
 template<MovePicker::PickType T, typename Pred>
 Move MovePicker::select(Pred filter) {
 
-  while (cur < endMoves)
-  {
-      if (T == Best)
-          std::swap(*cur, *std::max_element(cur, endMoves));
+    while (cur < endMoves)
+    {
+        if constexpr (T == Best)
+            std::swap(*cur, *std::max_element(cur, endMoves));
 
-      move = *cur++;
+        if (*cur != ttMove && filter())
+            return *cur++;
 
-      if (move != ttMove && filter())
-          return move;
-  }
-  return move = MOVE_NONE;
+        cur++;
+    }
+    return Move::none();
 }
 
-/// MovePicker::next_move() is the most important method of the MovePicker class. It
-/// returns a new pseudo legal move every time it is called until there are no more
-/// moves left, picking the move with the highest score from a list of generated moves.
+// This is the most important method of the MovePicker class. We emit one
+// new pseudo-legal move on every call until there are no more moves left,
+// picking the move with the highest score from a list of generated moves.
 Move MovePicker::next_move(bool skipQuiets) {
 
+    auto quiet_threshold = [](Depth d) { return -3560 * d; };
+
 top:
-  switch (stage) {
-
-  case MAIN_TT:
-  case EVASION_TT:
-  case QSEARCH_TT:
-  case PROBCUT_TT:
-      ++stage;
-      return ttMove;
-
-  case CAPTURE_INIT:
-  case PROBCUT_INIT:
-  case QCAPTURE_INIT:
-      cur = endBadCaptures = moves;
-      endMoves = generate<CAPTURES>(pos, cur);
-
-      score<CAPTURES>();
-      ++stage;
-      goto top;
-
-  case GOOD_CAPTURE:
-      if (select<Best>([&](){
-                       return pos.see_ge(move, Value(-55 * (cur-1)->value / 1024)) ?
-                              // Move losing capture to endBadCaptures to be tried later
-                              true : (*endBadCaptures++ = move, false); }))
-          return move;
-
-      // Prepare the pointers to loop over the refutations array
-      cur = std::begin(refutations);
-      endMoves = std::end(refutations);
-
-      // If the countermove is the same as a killer, skip it
-      if (   refutations[0].move == refutations[2].move
-          || refutations[1].move == refutations[2].move)
-          --endMoves;
-
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case REFUTATION:
-      if (select<Next>([&](){ return    move != MOVE_NONE
-                                    && !pos.capture(move)
-                                    &&  pos.pseudo_legal(move); }))
-          return move;
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case QUIET_INIT:
-      cur = endBadCaptures;
-      endMoves = generate<QUIETS>(pos, cur);
-
-      score<QUIETS>();
-      partial_insertion_sort(cur, endMoves, -4000 * depth / ONE_PLY);
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case QUIET:
-      if (   !skipQuiets
-          && select<Next>([&](){return   move != refutations[0]
-                                      && move != refutations[1]
-                                      && move != refutations[2];}))
-          return move;
-
-      // Prepare the pointers to loop over the bad captures
-      cur = moves;
-      endMoves = endBadCaptures;
-
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case BAD_CAPTURE:
-      return select<Next>(Any);
-
-  case EVASION_INIT:
-      cur = moves;
-      endMoves = generate<EVASIONS>(pos, cur);
-
-      score<EVASIONS>();
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case EVASION:
-      return select<Best>(Any);
-
-  case PROBCUT:
-      return select<Best>([&](){ return pos.see_ge(move, threshold); });
-
-  case QCAPTURE:
-      if (select<Best>([&](){ return   depth > DEPTH_QS_RECAPTURES
-                                    || to_sq(move) == recaptureSquare; }))
-          return move;
-
-      // If we did not find any move and we do not try checks, we have finished
-      if (depth != DEPTH_QS_CHECKS)
-          return MOVE_NONE;
-
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case QCHECK_INIT:
-      cur = moves;
-      endMoves = generate<QUIET_CHECKS>(pos, cur);
-
-      ++stage;
-      /* fallthrough */
-
-  case QCHECK:
-      return select<Next>(Any);
-  }
-
-  assert(false);
-  return MOVE_NONE; // Silence warning
+    switch (stage)
+    {
+
+    case MAIN_TT :
+    case EVASION_TT :
+    case QSEARCH_TT :
+    case PROBCUT_TT :
+        ++stage;
+        return ttMove;
+
+    case CAPTURE_INIT :
+    case PROBCUT_INIT :
+    case QCAPTURE_INIT :
+        cur = endBadCaptures = moves;
+        endMoves             = generate<CAPTURES>(pos, cur);
+
+        score<CAPTURES>();
+        partial_insertion_sort(cur, endMoves, std::numeric_limits<int>::min());
+        ++stage;
+        goto top;
+
+    case GOOD_CAPTURE :
+        if (select<Next>([&]() {
+                // Move losing capture to endBadCaptures to be tried later
+                return pos.see_ge(*cur, -cur->value / 18) ? true
+                                                          : (*endBadCaptures++ = *cur, false);
+            }))
+            return *(cur - 1);
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case QUIET_INIT :
+        if (!skipQuiets)
+        {
+            cur      = endBadCaptures;
+            endMoves = beginBadQuiets = endBadQuiets = generate<QUIETS>(pos, cur);
+
+            score<QUIETS>();
+            partial_insertion_sort(cur, endMoves, quiet_threshold(depth));
+        }
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case GOOD_QUIET :
+        if (!skipQuiets && select<Next>([]() { return true; }))
+        {
+            if ((cur - 1)->value > -7998 || (cur - 1)->value <= quiet_threshold(depth))
+                return *(cur - 1);
+
+            // Remaining quiets are bad
+            beginBadQuiets = cur - 1;
+        }
+
+        // Prepare the pointers to loop over the bad captures
+        cur      = moves;
+        endMoves = endBadCaptures;
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case BAD_CAPTURE :
+        if (select<Next>([]() { return true; }))
+            return *(cur - 1);
+
+        // Prepare the pointers to loop over the bad quiets
+        cur      = beginBadQuiets;
+        endMoves = endBadQuiets;
+
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case BAD_QUIET :
+        if (!skipQuiets)
+            return select<Next>([]() { return true; });
+
+        return Move::none();
+
+    case EVASION_INIT :
+        cur      = moves;
+        endMoves = generate<EVASIONS>(pos, cur);
+
+        score<EVASIONS>();
+        ++stage;
+        [[fallthrough]];
+
+    case EVASION :
+        return select<Best>([]() { return true; });
+
+    case PROBCUT :
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+    case QCAPTURE :
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+    assert(false);
+    return Move::none();  // Silence warning
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