Unify best move update logic
[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) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31 #include <vector>
32
33 #include "book.h"
34 #include "evaluate.h"
35 #include "history.h"
36 #include "misc.h"
37 #include "move.h"
38 #include "movegen.h"
39 #include "movepick.h"
40 #include "lock.h"
41 #include "search.h"
42 #include "timeman.h"
43 #include "thread.h"
44 #include "tt.h"
45 #include "ucioption.h"
46
47 using std::cout;
48 using std::endl;
49
50 ////
51 //// Local definitions
52 ////
53
54 namespace {
55
56   // Types
57   enum NodeType { NonPV, PV };
58
59   // Set to true to force running with one thread.
60   // Used for debugging SMP code.
61   const bool FakeSplit = false;
62
63   // Fast lookup table of sliding pieces indexed by Piece
64   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
65   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
66
67   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
68   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
69   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
70   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
71
72   class ThreadsManager {
73     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
74        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
75        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
76     */
77   public:
78     void init_threads();
79     void exit_threads();
80
81     int min_split_depth() const { return minimumSplitDepth; }
82     int active_threads() const { return activeThreads; }
83     void set_active_threads(int cnt) { activeThreads = cnt; }
84
85     void read_uci_options();
86     bool available_thread_exists(int master) const;
87     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
88     bool cutoff_at_splitpoint(int threadID) const;
89     void wake_sleeping_thread(int threadID);
90     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp);
91
92     template <bool Fake>
93     void split(Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
94                Depth depth, Move threatMove, bool mateThreat, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode);
95
96   private:
97     Depth minimumSplitDepth;
98     int maxThreadsPerSplitPoint;
99     bool useSleepingThreads;
100     int activeThreads;
101     volatile bool allThreadsShouldExit;
102     Thread threads[MAX_THREADS];
103     Lock mpLock, sleepLock[MAX_THREADS];
104     WaitCondition sleepCond[MAX_THREADS];
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each root
109   // move, we store two scores, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low). Value pv_score is normally set at
111   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves, while non_pv_score is computed
112   // according to the order in which moves are returned by MovePicker.
113
114   struct RootMove {
115
116     RootMove();
117     RootMove(const RootMove& rm) { *this = rm; }
118     RootMove& operator=(const RootMove& rm);
119
120     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
121     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
122     // than a move m2 if it has an higher pv_score, or if it has
123     // equal pv_score but m1 has the higher non_pv_score. In this
124     // way we are guaranteed that PV moves are always sorted as first.
125     bool operator<(const RootMove& m) const {
126       return pv_score != m.pv_score ? pv_score < m.pv_score
127                                     : non_pv_score < m.non_pv_score;
128     }
129
130     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
131     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
132     std::string pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta, int pvLine);
133
134     int64_t nodes;
135     Value pv_score;
136     Value non_pv_score;
137     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
138   };
139
140
141   // RootMoveList struct is essentially a std::vector<> of RootMove objects,
142   // with an handful of methods above the standard ones.
143
144   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
145
146     typedef std::vector<RootMove> Base;
147
148     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
149     void sort() { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), end()); }
150     void sort_multipv(int n) { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), begin() + n); }
151
152     int bestMoveChanges;
153   };
154
155
156   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
157   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
158   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
159   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
160   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
161   // operator<<() that will use it to properly format castling moves.
162   enum set960 {};
163
164   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
165
166     os.iword(0) = int(f);
167     return os;
168   }
169
170
171   // Overload operator << for moves to make it easier to print moves in
172   // coordinate notation compatible with UCI protocol.
173   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
174
175     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
176     return os << move_to_uci(m, chess960);
177   }
178
179
180   /// Adjustments
181
182   // Step 6. Razoring
183
184   // Maximum depth for razoring
185   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
186
187   // Dynamic razoring margin based on depth
188   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
189
190   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
191   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
192
193   // Step 9. Internal iterative deepening
194
195   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
196   const Depth IIDDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 5 * ONE_PLY /* PV */};
197
198   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
199   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
200   const Value IIDMargin = Value(0x100);
201
202   // Step 11. Decide the new search depth
203
204   // Extensions. Configurable UCI options
205   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
206   Depth CheckExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2], PassedPawnExtension[2];
207   Depth PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
208
209   // Minimum depth for use of singular extension
210   const Depth SingularExtensionDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 6 * ONE_PLY /* PV */};
211
212   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better than the
213   // remaining ones we will extend it.
214   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
215
216   // Step 12. Futility pruning
217
218   // Futility margin for quiescence search
219   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
220
221   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
222   Value FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
223   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
224
225   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 1)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE; }
226   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
227
228   // Step 14. Reduced search
229
230   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
231   int8_t ReductionMatrix[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
232
233   template <NodeType PV>
234   inline Depth reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) ReductionMatrix[PV][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
235
236   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
237   // better than the second best move.
238   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
239
240
241   /// Namespace variables
242
243   // Book object
244   Book OpeningBook;
245
246   // Root move list
247   RootMoveList Rml;
248
249   // MultiPV mode
250   int MultiPV;
251
252   // Time management variables
253   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, ExactMaxTime;
254   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, Pondering, StopOnPonderhit;
255   bool FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
256   TimeManager TimeMgr;
257
258   // Log file
259   bool UseLogFile;
260   std::ofstream LogFile;
261
262   // Multi-threads manager object
263   ThreadsManager ThreadsMgr;
264
265   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
266   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
267   bool SendSearchedNodes;
268   int NodesSincePoll;
269   int NodesBetweenPolls = 30000;
270
271   // History table
272   History H;
273
274   /// Local functions
275
276   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
277
278   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
279   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply);
280
281   template <NodeType PvNode>
282   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply);
283
284   template <NodeType PvNode>
285   inline Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
286
287       return depth < ONE_PLY ? qsearch<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO, ply)
288                              : search<PvNode, false, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, ply);
289   }
290
291   template <NodeType PvNode>
292   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion, bool moveIsCheck, bool mateThreat, bool* dangerous);
293
294   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
295   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
296   bool value_is_mate(Value value);
297   Value value_to_tt(Value v, int ply);
298   Value value_from_tt(Value v, int ply);
299   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
300   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
301   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
302   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
303   void update_killers(Move m, Move killers[]);
304   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
305   void qsearch_scoring(Position& pos, MoveStack* mlist, MoveStack* last);
306
307   int current_search_time();
308   std::string value_to_uci(Value v);
309   int nps(const Position& pos);
310   void poll(const Position& pos);
311   void wait_for_stop_or_ponderhit();
312
313 #if !defined(_MSC_VER)
314   void* init_thread(void* threadID);
315 #else
316   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
317 #endif
318
319
320   // MovePickerExt is an extended MovePicker used to choose at compile time
321   // the proper move source according to the type of node.
322   template<bool SpNode, bool Root> struct MovePickerExt;
323
324   // In Root nodes use RootMoveList Rml as source. Score and sort the root moves
325   // before to search them.
326   template<> struct MovePickerExt<false, true> : public MovePicker {
327
328     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
329                  : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), firstCall(true) {
330       Move move;
331       Value score = VALUE_ZERO;
332
333       // Score root moves using the standard way used in main search, the moves
334       // are scored according to the order in which they are returned by MovePicker.
335       // This is the second order score that is used to compare the moves when
336       // the first order pv scores of both moves are equal.
337       while ((move = MovePicker::get_next_move()) != MOVE_NONE)
338           for (rm = Rml.begin(); rm != Rml.end(); ++rm)
339               if (rm->pv[0] == move)
340               {
341                   rm->non_pv_score = score--;
342                   break;
343               }
344
345       Rml.sort();
346       rm = Rml.begin();
347     }
348
349     Move get_next_move() {
350
351       if (!firstCall)
352           ++rm;
353       else
354           firstCall = false;
355
356       return rm != Rml.end() ? rm->pv[0] : MOVE_NONE;
357     }
358
359     RootMoveList::iterator rm;
360     bool firstCall;
361   };
362
363   // In SpNodes use split point's shared MovePicker object as move source
364   template<> struct MovePickerExt<true, false> : public MovePicker {
365
366     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
367                   SearchStack* ss, Value b) : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b),
368                   mp(ss->sp->mp) {}
369
370     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
371
372     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
373     MovePicker* mp;
374   };
375
376   // Default case, create and use a MovePicker object as source
377   template<> struct MovePickerExt<false, false> : public MovePicker {
378
379     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
380                   SearchStack* ss, Value b) : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
381
382     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
383   };
384
385 } // namespace
386
387
388 ////
389 //// Functions
390 ////
391
392 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
393 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
394
395 void init_threads() { ThreadsMgr.init_threads(); }
396 void exit_threads() { ThreadsMgr.exit_threads(); }
397
398
399 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
400
401 void init_search() {
402
403   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
404   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
405   int mc; // moveCount
406
407   // Init reductions array
408   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
409   {
410       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
411       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
412       ReductionMatrix[PV][hd][mc]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
413       ReductionMatrix[NonPV][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
414   }
415
416   // Init futility margins array
417   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
418       FutilityMarginsMatrix[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
419
420   // Init futility move count array
421   for (d = 0; d < 32; d++)
422       FutilityMoveCountArray[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
423 }
424
425
426 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
427 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
428
429 int64_t perft(Position& pos, Depth depth)
430 {
431     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
432     StateInfo st;
433     Move m;
434     int64_t sum = 0;
435
436     // Generate all legal moves
437     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
438
439     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
440     // the moves, just to count them.
441     if (depth <= ONE_PLY)
442         return int(last - mlist);
443
444     // Loop through all legal moves
445     CheckInfo ci(pos);
446     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
447     {
448         m = cur->move;
449         pos.do_move(m, st, ci, pos.move_is_check(m, ci));
450         sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
451         pos.undo_move(m);
452     }
453     return sum;
454 }
455
456
457 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
458 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
459 /// search-related global variables, and calls id_loop(). It returns false
460 /// when a quit command is received during the search.
461
462 bool think(Position& pos, bool infinite, bool ponder, int time[], int increment[],
463            int movesToGo, int maxDepth, int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
464
465   // Initialize global search variables
466   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
467   NodesSincePoll = 0;
468   SearchStartTime = get_system_time();
469   ExactMaxTime = maxTime;
470   MaxDepth = maxDepth;
471   MaxNodes = maxNodes;
472   InfiniteSearch = infinite;
473   Pondering = ponder;
474   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
475
476   // Look for a book move, only during games, not tests
477   if (UseTimeManagement && Options["OwnBook"].value<bool>())
478   {
479       if (Options["Book File"].value<std::string>() != OpeningBook.name())
480           OpeningBook.open(Options["Book File"].value<std::string>());
481
482       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
483       if (bookMove != MOVE_NONE)
484       {
485           if (Pondering)
486               wait_for_stop_or_ponderhit();
487
488           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
489           return !QuitRequest;
490       }
491   }
492
493   // Read UCI option values
494   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
495   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
496   {
497       Options["Clear Hash"].set_value("false");
498       TT.clear();
499   }
500
501   CheckExtension[1]         = Options["Check Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
502   CheckExtension[0]         = Options["Check Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
503   PawnPushTo7thExtension[1] = Options["Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
504   PawnPushTo7thExtension[0] = Options["Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
505   PassedPawnExtension[1]    = Options["Passed Pawn Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
506   PassedPawnExtension[0]    = Options["Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
507   PawnEndgameExtension[1]   = Options["Pawn Endgame Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
508   PawnEndgameExtension[0]   = Options["Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
509   MateThreatExtension[1]    = Options["Mate Threat Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
510   MateThreatExtension[0]    = Options["Mate Threat Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
511   MultiPV                   = Options["MultiPV"].value<int>();
512   UseLogFile                = Options["Use Search Log"].value<bool>();
513
514   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
515
516   // Set the number of active threads
517   ThreadsMgr.read_uci_options();
518   init_eval(ThreadsMgr.active_threads());
519
520   // Wake up needed threads
521   for (int i = 1; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
522       ThreadsMgr.wake_sleeping_thread(i);
523
524   // Set thinking time
525   int myTime = time[pos.side_to_move()];
526   int myIncrement = increment[pos.side_to_move()];
527   if (UseTimeManagement)
528       TimeMgr.init(myTime, myIncrement, movesToGo, pos.startpos_ply_counter());
529
530   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
531   // heavy time pressure.
532   if (MaxNodes)
533       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
534   else if (myTime && myTime < 1000)
535       NodesBetweenPolls = 1000;
536   else if (myTime && myTime < 5000)
537       NodesBetweenPolls = 5000;
538   else
539       NodesBetweenPolls = 30000;
540
541   // Write search information to log file
542   if (UseLogFile)
543   {
544       std::string name = Options["Search Log Filename"].value<std::string>();
545       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
546
547       LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
548               << "\ninfinite: "   << infinite
549               << " ponder: "      << ponder
550               << " time: "        << myTime
551               << " increment: "   << myIncrement
552               << " moves to go: " << movesToGo
553               << endl;
554   }
555
556   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
557   Move ponderMove = MOVE_NONE;
558   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
559
560   // Print final search statistics
561   cout << "info nodes " << pos.nodes_searched()
562        << " nps " << nps(pos)
563        << " time " << current_search_time() << endl;
564
565   if (UseLogFile)
566   {
567       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
568               << "\nNodes/second: " << nps(pos)
569               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
570
571       StateInfo st;
572       pos.do_move(bestMove, st);
573       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
574       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
575       LogFile.close();
576   }
577
578   // This makes all the threads to go to sleep
579   ThreadsMgr.set_active_threads(1);
580
581   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
582   // best move before we are told to do so.
583   if (!StopRequest && (Pondering || InfiniteSearch))
584       wait_for_stop_or_ponderhit();
585
586   // Could be both MOVE_NONE when searching on a stalemate position
587   cout << "bestmove " << bestMove << " ponder " << ponderMove << endl;
588
589   return !QuitRequest;
590 }
591
592
593 namespace {
594
595   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
596   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
597   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
598
599   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
600
601     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
602     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
603     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
604     int depth, researchCountFL, researchCountFH, aspirationDelta;
605     Value value, alpha, beta;
606     Move bestMove, easyMove;
607
608     // Moves to search are verified, scored and sorted
609     Rml.init(pos, searchMoves);
610
611     // Initialize FIXME move before Rml.init()
612     TT.new_search();
613     H.clear();
614     memset(ss, 0, PLY_MAX_PLUS_2 * sizeof(SearchStack));
615     *ponderMove = bestMove = easyMove = MOVE_NONE;
616     depth = aspirationDelta = 0;
617     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
618     alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
619
620     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
621     if (Rml.size() == 0)
622     {
623         cout << "info depth 0 score "
624              << value_to_uci(pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
625              << endl;
626
627         return MOVE_NONE;
628     }
629
630     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
631     if (   Rml.size() == 1
632         || Rml[0].pv_score > Rml[1].pv_score + EasyMoveMargin)
633         easyMove = Rml[0].pv[0];
634
635     // Iterative deepening loop
636     while (++depth <= PLY_MAX && (!MaxDepth || depth <= MaxDepth) && !StopRequest)
637     {
638         Rml.bestMoveChanges = researchCountFL = researchCountFH = 0;
639         cout << "info depth " << depth << endl;
640
641         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
642         if (MultiPV == 1 && depth >= 5 && abs(bestValues[depth - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
643         {
644             int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
645             int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
646
647             aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
648             aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
649
650             alpha = Max(bestValues[depth - 1] - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
651             beta  = Min(bestValues[depth - 1] + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
652         }
653
654         // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
655         // research with bigger window until not failing high/low anymore.
656         while (true)
657         {
658             // Search starting from ss+1 to allow calling update_gains()
659             value = search<PV, false, true>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY, 0);
660
661             // Send PV line to GUI and write to transposition table in case the
662             // relevant entries have been overwritten during the search.
663             for (int i = 0; i < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); i++)
664             {
665                 Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
666                 cout << set960(pos.is_chess960())
667                      << Rml[i].pv_info_to_uci(pos, depth, alpha, beta, i) << endl;
668             }
669
670             // Value cannot be trusted. Break out immediately!
671             if (StopRequest)
672                 break;
673
674             assert(value >= alpha);
675
676             // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
677             // otherwise exit the fail high/low loop.
678             if (value >= beta)
679             {
680                 beta = Min(beta + aspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
681                 researchCountFH++;
682             }
683             else if (value <= alpha)
684             {
685                 AspirationFailLow = true;
686                 StopOnPonderhit = false;
687
688                 alpha = Max(alpha - aspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
689                 researchCountFL++;
690             }
691             else
692                 break;
693         }
694
695         // Collect info about search result
696         bestMove = Rml[0].pv[0];
697         bestValues[depth] = value;
698         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
699
700         if (UseLogFile)
701             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), Rml[0].pv) << endl;
702
703         // Drop the easy move if differs from the new best move
704         if (bestMove != easyMove)
705             easyMove = MOVE_NONE;
706
707         if (UseTimeManagement && !StopRequest)
708         {
709             // Time to stop?
710             bool noMoreTime = false;
711
712             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
713             if (   depth >= 5
714                 && abs(bestValues[depth])     >= abs(VALUE_MATE) - 100
715                 && abs(bestValues[depth - 1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
716                 noMoreTime = true;
717
718             // Stop search early if one move seems to be much better than the
719             // others or if there is only a single legal move. In this latter
720             // case we search up to Iteration 8 anyway to get a proper score.
721             if (   depth >= 7
722                 && easyMove == bestMove
723                 && (   Rml.size() == 1
724                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
725                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
726                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
727                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
728                 noMoreTime = true;
729
730             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
731             if (depth > 4 && depth < 50)
732                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth-1]);
733
734             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
735             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
736             // move at the next iteration anyway.
737             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 80) / 128)
738                 noMoreTime = true;
739
740             if (noMoreTime)
741             {
742                 if (Pondering)
743                     StopOnPonderhit = true;
744                 else
745                     break;
746             }
747         }
748     }
749
750     *ponderMove = Rml[0].pv[1];
751     return bestMove;
752   }
753
754
755   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
756   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
757   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
758   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
759   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
760   // here: This is taken care of after we return from the split point.
761
762   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
763   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
764
765     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
766     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
767     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
768     assert((Root || ply > 0) && ply < PLY_MAX);
769     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
770
771     Move movesSearched[MOVES_MAX];
772     int64_t nodes;
773     StateInfo st;
774     const TTEntry *tte;
775     Key posKey;
776     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
777     Depth ext, newDepth;
778     ValueType vt;
779     Value bestValue, value, oldAlpha;
780     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValueScaled; // Non-PV specific
781     bool isPvMove, isCheck, singularExtensionNode, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
782     bool mateThreat = false;
783     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
784     int threadID = pos.thread();
785     SplitPoint* sp = NULL;
786
787     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
788     oldAlpha = alpha;
789     isCheck = pos.is_check();
790
791     if (SpNode)
792     {
793         sp = ss->sp;
794         tte = NULL;
795         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
796         threatMove = sp->threatMove;
797         mateThreat = sp->mateThreat;
798         goto split_point_start;
799     }
800     else if (Root)
801         bestValue = alpha;
802
803     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
804     ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = MOVE_NONE;
805     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = (ss+2)->mateKiller = MOVE_NONE;
806
807     if (threadID == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
808     {
809         NodesSincePoll = 0;
810         poll(pos);
811     }
812
813     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
814     if ((   StopRequest
815          || ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)
816          || pos.is_draw()
817          || ply >= PLY_MAX - 1) && !Root)
818         return VALUE_DRAW;
819
820     // Step 3. Mate distance pruning
821     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
822     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
823     if (alpha >= beta)
824         return alpha;
825
826     // Step 4. Transposition table lookup
827     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
828     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
829     excludedMove = ss->excludedMove;
830     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
831
832     tte = TT.retrieve(posKey);
833     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
834
835     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
836     // and return a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is
837     // to have a smooth experience in analysis mode.
838     if (   !Root
839         && tte
840         && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
841                    : ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply)))
842     {
843         TT.refresh(tte);
844         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
845         return value_from_tt(tte->value(), ply);
846     }
847
848     // Step 5. Evaluate the position statically and
849     // update gain statistics of parent move.
850     if (isCheck)
851         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
852     else if (tte)
853     {
854         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
855
856         ss->eval = tte->static_value();
857         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
858         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ply);
859     }
860     else
861     {
862         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
863         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
864     }
865
866     // Save gain for the parent non-capture move
867     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
868
869     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
870     if (   !PvNode
871         &&  depth < RazorDepth
872         && !isCheck
873         &&  refinedValue < beta - razor_margin(depth)
874         &&  ttMove == MOVE_NONE
875         && !value_is_mate(beta)
876         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
877     {
878         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
879         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO, ply);
880         if (v < rbeta)
881             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
882             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
883             return v;
884     }
885
886     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
887     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
888     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
889     if (   !PvNode
890         && !ss->skipNullMove
891         &&  depth < RazorDepth
892         && !isCheck
893         &&  refinedValue >= beta + futility_margin(depth, 0)
894         && !value_is_mate(beta)
895         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
896         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
897
898     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
899     if (   !PvNode
900         && !ss->skipNullMove
901         &&  depth > ONE_PLY
902         && !isCheck
903         &&  refinedValue >= beta
904         && !value_is_mate(beta)
905         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
906     {
907         ss->currentMove = MOVE_NULL;
908
909         // Null move dynamic reduction based on depth
910         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
911
912         // Null move dynamic reduction based on value
913         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
914             R++;
915
916         pos.do_null_move(st);
917         (ss+1)->skipNullMove = true;
918         nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY, ply+1);
919         (ss+1)->skipNullMove = false;
920         pos.undo_null_move();
921
922         if (nullValue >= beta)
923         {
924             // Do not return unproven mate scores
925             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
926                 nullValue = beta;
927
928             if (depth < 6 * ONE_PLY)
929                 return nullValue;
930
931             // Do verification search at high depths
932             ss->skipNullMove = true;
933             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY, ply);
934             ss->skipNullMove = false;
935
936             if (v >= beta)
937                 return nullValue;
938         }
939         else
940         {
941             // The null move failed low, which means that we may be faced with
942             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
943             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
944             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
945             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
946             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
947             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
948                 mateThreat = true;
949
950             threatMove = (ss+1)->bestMove;
951             if (   depth < ThreatDepth
952                 && (ss-1)->reduction
953                 && threatMove != MOVE_NONE
954                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
955                 return beta - 1;
956         }
957     }
958
959     // Step 9. Internal iterative deepening
960     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
961         && ttMove == MOVE_NONE
962         && (PvNode || (!isCheck && ss->eval >= beta - IIDMargin)))
963     {
964         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
965
966         ss->skipNullMove = true;
967         search<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, d, ply);
968         ss->skipNullMove = false;
969
970         ttMove = ss->bestMove;
971         tte = TT.retrieve(posKey);
972     }
973
974     // Expensive mate threat detection (only for PV nodes)
975     if (PvNode)
976         mateThreat = pos.has_mate_threat();
977
978 split_point_start: // At split points actual search starts from here
979
980     // Initialize a MovePicker object for the current position
981     MovePickerExt<SpNode, Root> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, (PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta));
982     CheckInfo ci(pos);
983     ss->bestMove = MOVE_NONE;
984     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
985     singularExtensionNode =   !Root
986                            && !SpNode
987                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
988                            && tte
989                            && tte->move()
990                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
991                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
992                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
993     if (SpNode)
994     {
995         lock_grab(&(sp->lock));
996         bestValue = sp->bestValue;
997     }
998
999     // Step 10. Loop through moves
1000     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1001     while (   bestValue < beta
1002            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1003            && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1004     {
1005       assert(move_is_ok(move));
1006
1007       if (SpNode)
1008       {
1009           moveCount = ++sp->moveCount;
1010           lock_release(&(sp->lock));
1011       }
1012       else if (move == excludedMove)
1013           continue;
1014       else
1015           moveCount++;
1016
1017       if (Root)
1018       {
1019           // This is used by time management
1020           FirstRootMove = (moveCount == 1);
1021
1022           // Save the current node count before the move is searched
1023           nodes = pos.nodes_searched();
1024
1025           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
1026           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1027           if (SendSearchedNodes)
1028           {
1029               SendSearchedNodes = false;
1030               cout << "info nodes " << nodes
1031                    << " nps " << nps(pos)
1032                    << " time " << current_search_time() << endl;
1033           }
1034
1035           if (current_search_time() >= 1000)
1036               cout << "info currmove " << move
1037                    << " currmovenumber " << moveCount << endl;
1038       }
1039
1040       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (Root ? MultiPV : 1));
1041       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1042       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1043
1044       // Step 11. Decide the new search depth
1045       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, moveIsCheck, mateThreat, &dangerous);
1046
1047       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of (alpha-s, beta-s),
1048       // and just one fails high on (alpha, beta), then that move is singular and should be extended.
1049       // To verify this we do a reduced search on all the other moves but the ttMove, if result is
1050       // lower than ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1051       if (   singularExtensionNode
1052           && move == tte->move()
1053           && ext < ONE_PLY)
1054       {
1055           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1056
1057           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1058           {
1059               Value b = ttValue - SingularExtensionMargin;
1060               ss->excludedMove = move;
1061               ss->skipNullMove = true;
1062               Value v = search<NonPV>(pos, ss, b - 1, b, depth / 2, ply);
1063               ss->skipNullMove = false;
1064               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1065               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1066               if (v < b)
1067                   ext = ONE_PLY;
1068           }
1069       }
1070
1071       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1072       ss->currentMove = move;
1073       newDepth = depth - (!Root ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO) + ext;
1074
1075       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1076       if (   !PvNode
1077           && !captureOrPromotion
1078           && !isCheck
1079           && !dangerous
1080           &&  move != ttMove
1081           && !move_is_castle(move))
1082       {
1083           // Move count based pruning
1084           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1085               && !(threatMove && connected_threat(pos, move, threatMove))
1086               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)) // FIXME bestValue is racy
1087           {
1088               if (SpNode)
1089                   lock_grab(&(sp->lock));
1090
1091               continue;
1092           }
1093
1094           // Value based pruning
1095           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1096           // but fixing this made program slightly weaker.
1097           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<NonPV>(depth, moveCount);
1098           futilityValueScaled =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1099                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1100
1101           if (futilityValueScaled < beta)
1102           {
1103               if (SpNode)
1104               {
1105                   lock_grab(&(sp->lock));
1106                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1107                       sp->bestValue = bestValue = futilityValueScaled;
1108               }
1109               else if (futilityValueScaled > bestValue)
1110                   bestValue = futilityValueScaled;
1111
1112               continue;
1113           }
1114
1115           // Prune moves with negative SEE at low depths
1116           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1117               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)
1118               && pos.see_sign(move) < 0)
1119           {
1120               if (SpNode)
1121                   lock_grab(&(sp->lock));
1122
1123               continue;
1124           }
1125       }
1126
1127       // Step 13. Make the move
1128       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1129
1130       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1131           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1132
1133       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1134       // The first move in list is the expected PV
1135       if (isPvMove)
1136       {
1137           // Aspiration window is disabled in multi-pv case
1138           if (Root && MultiPV > 1)
1139               alpha = -VALUE_INFINITE;
1140
1141           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, ply+1);
1142       }
1143       else
1144       {
1145           // Step 14. Reduced depth search
1146           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1147           bool doFullDepthSearch = true;
1148
1149           if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1150               && !captureOrPromotion
1151               && !dangerous
1152               && !move_is_castle(move)
1153               &&  ss->killers[0] != move
1154               &&  ss->killers[1] != move)
1155           {
1156               ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1157               if (ss->reduction)
1158               {
1159                   alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1160                   Depth d = newDepth - ss->reduction;
1161                   value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, ply+1);
1162
1163                   doFullDepthSearch = (value > alpha);
1164               }
1165               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1166           }
1167
1168           // Step 15. Full depth search
1169           if (doFullDepthSearch)
1170           {
1171               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1172               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, ply+1);
1173
1174               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1175               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1176               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1177               if (PvNode && value > alpha && (Root || value < beta))
1178                   value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, ply+1);
1179           }
1180       }
1181
1182       // Step 16. Undo move
1183       pos.undo_move(move);
1184
1185       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1186
1187       // Step 17. Check for new best move
1188       if (SpNode)
1189       {
1190           lock_grab(&(sp->lock));
1191           bestValue = sp->bestValue;
1192           alpha = sp->alpha;
1193       }
1194
1195       if (value > bestValue && !(SpNode && ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)))
1196       {
1197           bestValue = value;
1198
1199           if (SpNode)
1200               sp->bestValue = value;
1201
1202           if (!Root && value > alpha)
1203           {
1204               if (PvNode && value < beta) // We want always alpha < beta
1205               {
1206                   alpha = value;
1207
1208                   if (SpNode)
1209                       sp->alpha = value;
1210               }
1211               else if (SpNode)
1212                   sp->betaCutoff = true;
1213
1214               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1215                   ss->mateKiller = move;
1216
1217               ss->bestMove = move;
1218
1219               if (SpNode)
1220                   sp->parentSstack->bestMove = move;
1221           }
1222       }
1223
1224       if (Root)
1225       {
1226           // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1227           // was aborted because the user interrupted the search or because we
1228           // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1229           // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
1230           // move and/or PV.
1231           if (StopRequest)
1232               break;
1233
1234           // Remember searched nodes counts for this move
1235           mp.rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1236
1237           // PV move or new best move ?
1238           if (isPvMove || value > alpha)
1239           {
1240               // Update PV
1241               ss->bestMove = move;
1242               mp.rm->pv_score = value;
1243               mp.rm->extract_pv_from_tt(pos);
1244
1245               // We record how often the best move has been changed in each
1246               // iteration. This information is used for time management: When
1247               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1248               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1249                   Rml.bestMoveChanges++;
1250
1251               Rml.sort_multipv(moveCount);
1252
1253               // Update alpha. In multi-pv we don't use aspiration window, so
1254               // set alpha equal to minimum score among the PV lines.
1255               if (MultiPV > 1)
1256                   alpha = Rml[Min(moveCount, MultiPV) - 1].pv_score; // FIXME why moveCount?
1257               else if (value > alpha)
1258                   alpha = value;
1259           }
1260           else
1261               mp.rm->pv_score = -VALUE_INFINITE;
1262
1263       } // Root
1264
1265       // Step 18. Check for split
1266       if (   !Root
1267           && !SpNode
1268           && depth >= ThreadsMgr.min_split_depth()
1269           && ThreadsMgr.active_threads() > 1
1270           && bestValue < beta
1271           && ThreadsMgr.available_thread_exists(threadID)
1272           && !StopRequest
1273           && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1274           ThreadsMgr.split<FakeSplit>(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue, depth,
1275                                       threatMove, mateThreat, moveCount, &mp, PvNode);
1276     }
1277
1278     // Step 19. Check for mate and stalemate
1279     // All legal moves have been searched and if there are
1280     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1281     // If one move was excluded return fail low score.
1282     if (!SpNode && !moveCount)
1283         return excludedMove ? oldAlpha : isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW;
1284
1285     // Step 20. Update tables
1286     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1287     // history counters, and killer moves.
1288     if (!SpNode && !StopRequest && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1289     {
1290         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1291         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1292              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1293
1294         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1295
1296         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1297         if (    bestValue >= beta
1298             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1299         {
1300             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1301             update_killers(move, ss->killers);
1302         }
1303     }
1304
1305     if (SpNode)
1306     {
1307         // Here we have the lock still grabbed
1308         sp->slaves[threadID] = 0;
1309         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1310         lock_release(&(sp->lock));
1311     }
1312
1313     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1314
1315     return bestValue;
1316   }
1317
1318   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1319   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1320   // less than ONE_PLY).
1321
1322   template <NodeType PvNode>
1323   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
1324
1325     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1326     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1327     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1328     assert(depth <= 0);
1329     assert(ply > 0 && ply < PLY_MAX);
1330     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
1331
1332     StateInfo st;
1333     Move ttMove, move;
1334     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1335     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1336     const TTEntry* tte;
1337     Depth ttDepth;
1338     Value oldAlpha = alpha;
1339
1340     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1341
1342     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1343     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1344         return VALUE_DRAW;
1345
1346     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1347     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1348     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1349     isCheck = pos.is_check();
1350     ttDepth = (isCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1351
1352     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1353     // pruning, but only for move ordering.
1354     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1355     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1356
1357     if (!PvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, ttDepth, beta, ply))
1358     {
1359         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1360         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1361     }
1362
1363     // Evaluate the position statically
1364     if (isCheck)
1365     {
1366         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1367         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1368         enoughMaterial = false;
1369     }
1370     else
1371     {
1372         if (tte)
1373         {
1374             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1375
1376             evalMargin = tte->static_value_margin();
1377             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1378         }
1379         else
1380             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1381
1382         update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
1383
1384         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1385         if (bestValue >= beta)
1386         {
1387             if (!tte)
1388                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1389
1390             return bestValue;
1391         }
1392
1393         if (PvNode && bestValue > alpha)
1394             alpha = bestValue;
1395
1396         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1397         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1398         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1399     }
1400
1401     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1402     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1403     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1404     // be generated.
1405     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H);
1406     CheckInfo ci(pos);
1407
1408     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1409     while (   alpha < beta
1410            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1411     {
1412       assert(move_is_ok(move));
1413
1414       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1415
1416       // Futility pruning
1417       if (   !PvNode
1418           && !isCheck
1419           && !moveIsCheck
1420           &&  move != ttMove
1421           &&  enoughMaterial
1422           && !move_is_promotion(move)
1423           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1424       {
1425           futilityValue =  futilityBase
1426                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1427                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1428
1429           if (futilityValue < alpha)
1430           {
1431               if (futilityValue > bestValue)
1432                   bestValue = futilityValue;
1433               continue;
1434           }
1435       }
1436
1437       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1438       evasionPrunable =   isCheck
1439                        && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)
1440                        && !pos.move_is_capture(move)
1441                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1442
1443       // Don't search moves with negative SEE values
1444       if (   !PvNode
1445           && (!isCheck || evasionPrunable)
1446           &&  move != ttMove
1447           && !move_is_promotion(move)
1448           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1449           continue;
1450
1451       // Don't search useless checks
1452       if (   !PvNode
1453           && !isCheck
1454           &&  moveIsCheck
1455           &&  move != ttMove
1456           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1457           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1458           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1459       {
1460           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1461               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1462
1463           continue;
1464       }
1465
1466       // Update current move
1467       ss->currentMove = move;
1468
1469       // Make and search the move
1470       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1471       value = -qsearch<PvNode>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY, ply+1);
1472       pos.undo_move(move);
1473
1474       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1475
1476       // New best move?
1477       if (value > bestValue)
1478       {
1479           bestValue = value;
1480           if (value > alpha)
1481           {
1482               alpha = value;
1483               ss->bestMove = move;
1484           }
1485        }
1486     }
1487
1488     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1489     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1490     if (isCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1491         return value_mated_in(ply);
1492
1493     // Update transposition table
1494     ValueType vt = (bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT);
1495     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), vt, ttDepth, ss->bestMove, ss->eval, evalMargin);
1496
1497     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1498
1499     return bestValue;
1500   }
1501
1502
1503   // qsearch_scoring() scores each move of a list using a qsearch() evaluation,
1504   // it is used in RootMoveList to get an initial scoring.
1505   void qsearch_scoring(Position& pos, MoveStack* mlist, MoveStack* last) {
1506
1507     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
1508     StateInfo st;
1509
1510     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
1511     ss[0].eval = ss[0].evalMargin = VALUE_NONE;
1512
1513     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
1514     {
1515         ss[0].currentMove = cur->move;
1516         pos.do_move(cur->move, st);
1517         cur->score = -qsearch<PV>(pos, ss+1, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, DEPTH_ZERO, 1);
1518         pos.undo_move(cur->move);
1519     }
1520   }
1521
1522
1523   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1524   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1525   // will be pruned.
1526
1527   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1528   {
1529     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1530     Square from, to, ksq, victimSq;
1531     Piece pc;
1532     Color them;
1533     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1534
1535     from = move_from(move);
1536     to = move_to(move);
1537     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1538     ksq = pos.king_square(them);
1539     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1540     pc = pos.piece_on(from);
1541
1542     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1543     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1544     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1545
1546     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1547     b = kingAtt & ~pos.pieces_of_color(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1548
1549     if (!(b && (b & (b - 1))))
1550         return true;
1551
1552     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1553     if (   type_of_piece(pc) == QUEEN
1554         && bit_is_set(kingAtt, to))
1555         return true;
1556
1557     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1558     b = pos.pieces_of_color(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1559
1560     while (b)
1561     {
1562         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1563         futilityValue = futilityBase + pos.endgame_value_of_piece_on(victimSq);
1564
1565         // Note that here we generate illegal "double move"!
1566         if (   futilityValue >= beta
1567             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1568             return true;
1569
1570         if (futilityValue > bv)
1571             bv = futilityValue;
1572     }
1573
1574     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1575     *bestValue = bv;
1576     return false;
1577   }
1578
1579
1580   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1581   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1582   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1583   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1584   // second move is assumed to be a move from the current position.
1585
1586   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1587
1588     Square f1, t1, f2, t2;
1589     Piece p;
1590
1591     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1592     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1593
1594     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1595     f2 = move_from(m2);
1596     t1 = move_to(m1);
1597     if (f2 == t1)
1598         return true;
1599
1600     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1601     t2 = move_to(m2);
1602     f1 = move_from(m1);
1603     if (t2 == f1)
1604         return true;
1605
1606     // Case 3: Moving through the vacated square
1607     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
1608         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1609       return true;
1610
1611     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1612     p = pos.piece_on(t1);
1613     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
1614         return true;
1615
1616     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1617     if (    piece_is_slider(p)
1618         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
1619         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
1620     {
1621         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
1622         // move is the opposite of the checking piece.
1623         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
1624         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
1625
1626         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
1627             return true;
1628     }
1629     return false;
1630   }
1631
1632
1633   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one eventually
1634   // compensated for the ply.
1635
1636   bool value_is_mate(Value value) {
1637
1638     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
1639
1640     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
1641           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
1642   }
1643
1644
1645   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1646   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1647   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1648
1649   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1650
1651     if (v >= value_mate_in(PLY_MAX))
1652       return v + ply;
1653
1654     if (v <= value_mated_in(PLY_MAX))
1655       return v - ply;
1656
1657     return v;
1658   }
1659
1660
1661   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1662   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1663
1664   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1665
1666     if (v >= value_mate_in(PLY_MAX))
1667       return v - ply;
1668
1669     if (v <= value_mated_in(PLY_MAX))
1670       return v + ply;
1671
1672     return v;
1673   }
1674
1675
1676   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
1677   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
1678   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
1679   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
1680   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
1681   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
1682   template <NodeType PvNode>
1683   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
1684                   bool moveIsCheck, bool mateThreat, bool* dangerous) {
1685
1686     assert(m != MOVE_NONE);
1687
1688     Depth result = DEPTH_ZERO;
1689     *dangerous = moveIsCheck | mateThreat;
1690
1691     if (*dangerous)
1692     {
1693         if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
1694             result += CheckExtension[PvNode];
1695
1696         if (mateThreat)
1697             result += MateThreatExtension[PvNode];
1698     }
1699
1700     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
1701     {
1702         Color c = pos.side_to_move();
1703         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
1704         {
1705             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
1706             *dangerous = true;
1707         }
1708         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
1709         {
1710             result += PassedPawnExtension[PvNode];
1711             *dangerous = true;
1712         }
1713     }
1714
1715     if (   captureOrPromotion
1716         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1717         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
1718             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == VALUE_ZERO)
1719         && !move_is_promotion(m)
1720         && !move_is_ep(m))
1721     {
1722         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
1723         *dangerous = true;
1724     }
1725
1726     if (   PvNode
1727         && captureOrPromotion
1728         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1729         && pos.see_sign(m) >= 0)
1730     {
1731         result += ONE_PLY / 2;
1732         *dangerous = true;
1733     }
1734
1735     return Min(result, ONE_PLY);
1736   }
1737
1738
1739   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1740   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1741
1742   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1743
1744     assert(move_is_ok(m));
1745     assert(threat && move_is_ok(threat));
1746     assert(!pos.move_is_check(m));
1747     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1748     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1749
1750     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1751
1752     mfrom = move_from(m);
1753     mto = move_to(m);
1754     tfrom = move_from(threat);
1755     tto = move_to(threat);
1756
1757     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1758     if (mfrom == tto)
1759         return true;
1760
1761     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1762     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1763     if (   pos.move_is_capture(threat)
1764         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
1765             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
1766         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1767         return true;
1768
1769     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1770     // prune safe moves which block its ray.
1771     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1772         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1773         && pos.see_sign(m) >= 0)
1774         return true;
1775
1776     return false;
1777   }
1778
1779
1780   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
1781   // can be used at a given point in search.
1782
1783   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1784
1785     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1786
1787     return   (   tte->depth() >= depth
1788               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
1789               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
1790
1791           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1792               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1793   }
1794
1795
1796   // refine_eval() returns the transposition table score if
1797   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1798
1799   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1800
1801       assert(tte);
1802
1803       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1804
1805       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1806           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1807           return v;
1808
1809       return defaultEval;
1810   }
1811
1812
1813   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1814   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1815
1816   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1817                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1818     Move m;
1819     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1820
1821     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1822
1823     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1824     {
1825         m = movesSearched[i];
1826
1827         assert(m != move);
1828
1829         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1830     }
1831   }
1832
1833
1834   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
1835   // among the killer moves of that ply.
1836
1837   void update_killers(Move m, Move killers[]) {
1838
1839     if (m != killers[0])
1840     {
1841         killers[1] = killers[0];
1842         killers[0] = m;
1843     }
1844   }
1845
1846
1847   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1848   // the static position evaluation before and after the move.
1849
1850   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1851
1852     if (   m != MOVE_NULL
1853         && before != VALUE_NONE
1854         && after != VALUE_NONE
1855         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1856         && !move_is_special(m))
1857         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1858   }
1859
1860
1861   // value_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1862   // protocol specifications:
1863   //
1864   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1865   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1866   //            use negative values for y.
1867
1868   std::string value_to_uci(Value v) {
1869
1870     std::stringstream s;
1871
1872     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1873       s << "cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1874     else
1875       s << "mate " << (v > 0 ? (VALUE_MATE - v + 1) / 2 : -(VALUE_MATE + v) / 2);
1876
1877     return s.str();
1878   }
1879
1880
1881   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1882   // since the beginning of the current search.
1883
1884   int current_search_time() {
1885
1886     return get_system_time() - SearchStartTime;
1887   }
1888
1889
1890   // nps() computes the current nodes/second count
1891
1892   int nps(const Position& pos) {
1893
1894     int t = current_search_time();
1895     return (t > 0 ? int((pos.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
1896   }
1897
1898
1899   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1900   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1901   // search.
1902
1903   void poll(const Position& pos) {
1904
1905     static int lastInfoTime;
1906     int t = current_search_time();
1907
1908     //  Poll for input
1909     if (input_available())
1910     {
1911         // We are line oriented, don't read single chars
1912         std::string command;
1913
1914         if (!std::getline(std::cin, command))
1915             command = "quit";
1916
1917         if (command == "quit")
1918         {
1919             // Quit the program as soon as possible
1920             Pondering = false;
1921             QuitRequest = StopRequest = true;
1922             return;
1923         }
1924         else if (command == "stop")
1925         {
1926             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1927             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1928             Pondering = false;
1929             StopRequest = true;
1930         }
1931         else if (command == "ponderhit")
1932         {
1933             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1934             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1935             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1936             Pondering = false;
1937
1938             if (StopOnPonderhit)
1939                 StopRequest = true;
1940         }
1941     }
1942
1943     // Print search information
1944     if (t < 1000)
1945         lastInfoTime = 0;
1946
1947     else if (lastInfoTime > t)
1948         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1949         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1950         lastInfoTime = 0;
1951
1952     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1953     {
1954         lastInfoTime = t;
1955
1956         if (dbg_show_mean)
1957             dbg_print_mean();
1958
1959         if (dbg_show_hit_rate)
1960             dbg_print_hit_rate();
1961
1962         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1963         SendSearchedNodes = true;
1964     }
1965
1966     // Should we stop the search?
1967     if (Pondering)
1968         return;
1969
1970     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1971                            && !AspirationFailLow
1972                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1973
1974     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1975                      || stillAtFirstMove;
1976
1977     if (   (UseTimeManagement && noMoreTime)
1978         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
1979         || (MaxNodes && pos.nodes_searched() >= MaxNodes)) // FIXME
1980         StopRequest = true;
1981   }
1982
1983
1984   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1985   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1986   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1987   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1988   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1989   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1990
1991   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1992
1993     std::string command;
1994
1995     while (true)
1996     {
1997         // Wait for a command from stdin
1998         if (!std::getline(std::cin, command))
1999             command = "quit";
2000
2001         if (command == "quit")
2002         {
2003             QuitRequest = true;
2004             break;
2005         }
2006         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2007             break;
2008     }
2009   }
2010
2011
2012   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2013   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2014   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2015   // threads and one for Windows threads.
2016
2017 #if !defined(_MSC_VER)
2018
2019   void* init_thread(void* threadID) {
2020
2021     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2022     return NULL;
2023   }
2024
2025 #else
2026
2027   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2028
2029     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2030     return 0;
2031   }
2032
2033 #endif
2034
2035
2036   /// The ThreadsManager class
2037
2038
2039   // read_uci_options() updates number of active threads and other internal
2040   // parameters according to the UCI options values. It is called before
2041   // to start a new search.
2042
2043   void ThreadsManager::read_uci_options() {
2044
2045     maxThreadsPerSplitPoint = Options["Maximum Number of Threads per Split Point"].value<int>();
2046     minimumSplitDepth       = Options["Minimum Split Depth"].value<int>() * ONE_PLY;
2047     useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"].value<bool>();
2048     activeThreads           = Options["Threads"].value<int>();
2049   }
2050
2051
2052   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2053   // The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2054   // object for which the current thread is the master.
2055
2056   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2057
2058     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2059
2060     int i;
2061     bool allFinished = false;
2062
2063     while (true)
2064     {
2065         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2066         // master should exit as last one.
2067         if (allThreadsShouldExit)
2068         {
2069             assert(!sp);
2070             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2071             return;
2072         }
2073
2074         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2075         // instead of wasting CPU time polling for work.
2076         while (   threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING
2077                || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE))
2078         {
2079             assert(!sp || useSleepingThreads);
2080             assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2081
2082             if (threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING)
2083                 threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2084
2085             // Grab the lock to avoid races with wake_sleeping_thread()
2086             lock_grab(&sleepLock[threadID]);
2087
2088             // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2089             for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2090             allFinished = (i == activeThreads);
2091
2092             if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2093             {
2094                 lock_release(&sleepLock[threadID]);
2095                 break;
2096             }
2097
2098             // Do sleep here after retesting sleep conditions
2099             if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE)
2100                 cond_wait(&sleepCond[threadID], &sleepLock[threadID]);
2101
2102             lock_release(&sleepLock[threadID]);
2103         }
2104
2105         // If this thread has been assigned work, launch a search
2106         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2107         {
2108             assert(!allThreadsShouldExit);
2109
2110             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2111
2112             // Here we call search() with SplitPoint template parameter set to true
2113             SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2114             Position pos(*tsp->pos, threadID);
2115             SearchStack* ss = tsp->sstack[threadID] + 1;
2116             ss->sp = tsp;
2117
2118             if (tsp->pvNode)
2119                 search<PV, true, false>(pos, ss, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth, tsp->ply);
2120             else
2121                 search<NonPV, true, false>(pos, ss, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth, tsp->ply);
2122
2123             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2124
2125             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2126
2127             // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2128             // case we are the last slave of the split point.
2129             if (useSleepingThreads && threadID != tsp->master && threads[tsp->master].state == THREAD_AVAILABLE)
2130                 wake_sleeping_thread(tsp->master);
2131         }
2132
2133         // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2134         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2135         for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2136         allFinished = (i == activeThreads);
2137
2138         if (allFinished)
2139         {
2140             // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2141             // be sure sp->lock has been released before to return.
2142             lock_grab(&(sp->lock));
2143             lock_release(&(sp->lock));
2144
2145             // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2146             // because here is all finished is not possible master is booked.
2147             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2148
2149             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2150             return;
2151         }
2152     }
2153   }
2154
2155
2156   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2157   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2158   // objects.
2159
2160   void ThreadsManager::init_threads() {
2161
2162     int i, arg[MAX_THREADS];
2163     bool ok;
2164
2165     // Initialize global locks
2166     lock_init(&mpLock);
2167
2168     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2169     {
2170         lock_init(&sleepLock[i]);
2171         cond_init(&sleepCond[i]);
2172     }
2173
2174     // Initialize splitPoints[] locks
2175     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2176         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2177             lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2178
2179     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2180     allThreadsShouldExit = false;
2181
2182     // Threads will be put all threads to sleep as soon as created
2183     activeThreads = 1;
2184
2185     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_INITIALIZING
2186     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2187     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2188         threads[i].state = THREAD_INITIALIZING;
2189
2190     // Launch the helper threads
2191     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2192     {
2193         arg[i] = i;
2194
2195 #if !defined(_MSC_VER)
2196         pthread_t pthread[1];
2197         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&arg[i])) == 0);
2198         pthread_detach(pthread[0]);
2199 #else
2200         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&arg[i]), 0, NULL) != NULL);
2201 #endif
2202         if (!ok)
2203         {
2204             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2205             exit(EXIT_FAILURE);
2206         }
2207
2208         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2209         while (threads[i].state == THREAD_INITIALIZING) {}
2210     }
2211   }
2212
2213
2214   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2215   // helper threads exit cleanly.
2216
2217   void ThreadsManager::exit_threads() {
2218
2219     allThreadsShouldExit = true; // Let the woken up threads to exit idle_loop()
2220
2221     // Wake up all the threads and waits for termination
2222     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2223     {
2224         wake_sleeping_thread(i);
2225         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED) {}
2226     }
2227
2228     // Now we can safely destroy the locks
2229     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2230         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2231             lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2232
2233     lock_destroy(&mpLock);
2234
2235     // Now we can safely destroy the wait conditions
2236     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2237     {
2238         lock_destroy(&sleepLock[i]);
2239         cond_destroy(&sleepCond[i]);
2240     }
2241   }
2242
2243
2244   // cutoff_at_splitpoint() checks whether a beta cutoff has occurred in
2245   // the thread's currently active split point, or in some ancestor of
2246   // the current split point.
2247
2248   bool ThreadsManager::cutoff_at_splitpoint(int threadID) const {
2249
2250     assert(threadID >= 0 && threadID < activeThreads);
2251
2252     SplitPoint* sp = threads[threadID].splitPoint;
2253
2254     for ( ; sp && !sp->betaCutoff; sp = sp->parent) {}
2255     return sp != NULL;
2256   }
2257
2258
2259   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2260   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2261   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2262   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2263   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2264   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2265   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2266
2267   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2268
2269     assert(slave >= 0 && slave < activeThreads);
2270     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2271     assert(activeThreads > 1);
2272
2273     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2274         return false;
2275
2276     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2277     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2278
2279     // No active split points means that the thread is available as
2280     // a slave for any other thread.
2281     if (localActiveSplitPoints == 0 || activeThreads == 2)
2282         return true;
2283
2284     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2285     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2286     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2287     if (threads[slave].splitPoints[localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2288         return true;
2289
2290     return false;
2291   }
2292
2293
2294   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2295   // a slave for the thread with threadID "master".
2296
2297   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2298
2299     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2300     assert(activeThreads > 1);
2301
2302     for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
2303         if (thread_is_available(i, master))
2304             return true;
2305
2306     return false;
2307   }
2308
2309
2310   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2311   // several available threads. If it does not succeed in splitting the
2312   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2313   // split point objects), the function immediately returns. If splitting is
2314   // possible, a SplitPoint object is initialized with all the data that must be
2315   // copied to the helper threads and we tell our helper threads that they have
2316   // been assigned work. This will cause them to instantly leave their idle loops and
2317   // call search().When all threads have returned from search() then split() returns.
2318
2319   template <bool Fake>
2320   void ThreadsManager::split(Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha,
2321                              const Value beta, Value* bestValue, Depth depth, Move threatMove,
2322                              bool mateThreat, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode) {
2323     assert(pos.is_ok());
2324     assert(ply > 0 && ply < PLY_MAX);
2325     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2326     assert(*bestValue <= *alpha);
2327     assert(*alpha < beta);
2328     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2329     assert(depth > DEPTH_ZERO);
2330     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
2331     assert(activeThreads > 1);
2332
2333     int i, master = pos.thread();
2334     Thread& masterThread = threads[master];
2335
2336     lock_grab(&mpLock);
2337
2338     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2339     // active split points, don't split.
2340     if (   !available_thread_exists(master)
2341         || masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
2342     {
2343         lock_release(&mpLock);
2344         return;
2345     }
2346
2347     // Pick the next available split point object from the split point stack
2348     SplitPoint& splitPoint = masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints++];
2349
2350     // Initialize the split point object
2351     splitPoint.parent = masterThread.splitPoint;
2352     splitPoint.master = master;
2353     splitPoint.betaCutoff = false;
2354     splitPoint.ply = ply;
2355     splitPoint.depth = depth;
2356     splitPoint.threatMove = threatMove;
2357     splitPoint.mateThreat = mateThreat;
2358     splitPoint.alpha = *alpha;
2359     splitPoint.beta = beta;
2360     splitPoint.pvNode = pvNode;
2361     splitPoint.bestValue = *bestValue;
2362     splitPoint.mp = mp;
2363     splitPoint.moveCount = moveCount;
2364     splitPoint.pos = &pos;
2365     splitPoint.nodes = 0;
2366     splitPoint.parentSstack = ss;
2367     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2368         splitPoint.slaves[i] = 0;
2369
2370     masterThread.splitPoint = &splitPoint;
2371
2372     // If we are here it means we are not available
2373     assert(masterThread.state != THREAD_AVAILABLE);
2374
2375     int workersCnt = 1; // At least the master is included
2376
2377     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2378     for (i = 0; !Fake && i < activeThreads && workersCnt < maxThreadsPerSplitPoint; i++)
2379         if (thread_is_available(i, master))
2380         {
2381             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2382             threads[i].splitPoint = &splitPoint;
2383             splitPoint.slaves[i] = 1;
2384             workersCnt++;
2385         }
2386
2387     assert(Fake || workersCnt > 1);
2388
2389     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2390     lock_release(&mpLock);
2391
2392     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2393     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2394     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2395         if (i == master || splitPoint.slaves[i])
2396         {
2397             memcpy(splitPoint.sstack[i], ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2398
2399             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2400
2401             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2402
2403             if (useSleepingThreads && i != master)
2404                 wake_sleeping_thread(i);
2405         }
2406
2407     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2408     // which it will instantly launch a search, because its state is
2409     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2410     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2411     // loop when all threads have finished their work at this split point.
2412     idle_loop(master, &splitPoint);
2413
2414     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2415     // finished. Update alpha and bestValue, and return.
2416     lock_grab(&mpLock);
2417
2418     *alpha = splitPoint.alpha;
2419     *bestValue = splitPoint.bestValue;
2420     masterThread.activeSplitPoints--;
2421     masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
2422     pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
2423
2424     lock_release(&mpLock);
2425   }
2426
2427
2428   // wake_sleeping_thread() wakes up the thread with the given threadID
2429   // when it is time to start a new search.
2430
2431   void ThreadsManager::wake_sleeping_thread(int threadID) {
2432
2433      lock_grab(&sleepLock[threadID]);
2434      cond_signal(&sleepCond[threadID]);
2435      lock_release(&sleepLock[threadID]);
2436   }
2437
2438
2439   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
2440
2441   RootMove::RootMove() {
2442
2443     nodes = 0;
2444     pv_score = non_pv_score = -VALUE_INFINITE;
2445     pv[0] = MOVE_NONE;
2446   }
2447
2448   RootMove& RootMove::operator=(const RootMove& rm) {
2449
2450     const Move* src = rm.pv;
2451     Move* dst = pv;
2452
2453     // Avoid a costly full rm.pv[] copy
2454     do *dst++ = *src; while (*src++ != MOVE_NONE);
2455
2456     nodes = rm.nodes;
2457     pv_score = rm.pv_score;
2458     non_pv_score = rm.non_pv_score;
2459     return *this;
2460   }
2461
2462   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2463   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2464   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2465   // long PV to print that is important for position analysis.
2466
2467   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2468
2469     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2470     TTEntry* tte;
2471     int ply = 1;
2472
2473     assert(pv[0] != MOVE_NONE && move_is_legal(pos, pv[0]));
2474
2475     pos.do_move(pv[0], *st++);
2476
2477     while (   (tte = TT.retrieve(pos.get_key())) != NULL
2478            && tte->move() != MOVE_NONE
2479            && move_is_legal(pos, tte->move())
2480            && ply < PLY_MAX
2481            && (!pos.is_draw() || ply < 2))
2482     {
2483         pv[ply] = tte->move();
2484         pos.do_move(pv[ply++], *st++);
2485     }
2486     pv[ply] = MOVE_NONE;
2487
2488     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2489   }
2490
2491   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2492   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2493   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2494
2495   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2496
2497     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2498     TTEntry* tte;
2499     Key k;
2500     Value v, m = VALUE_NONE;
2501     int ply = 0;
2502
2503     assert(pv[0] != MOVE_NONE && move_is_legal(pos, pv[0]));
2504
2505     do {
2506         k = pos.get_key();
2507         tte = TT.retrieve(k);
2508
2509         // Don't overwrite existing correct entries
2510         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2511         {
2512             v = (pos.is_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2513             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2514         }
2515         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2516
2517     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2518
2519     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2520   }
2521
2522   // pv_info_to_uci() returns a string with information on the current PV line
2523   // formatted according to UCI specification. It is called at each iteration
2524   // or after a new pv is found.
2525
2526   std::string RootMove::pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta, int pvLine) {
2527
2528     std::stringstream s, l;
2529     Move* m = pv;
2530
2531     while (*m != MOVE_NONE)
2532         l << *m++ << " ";
2533
2534     s << "info depth " << depth
2535       << " seldepth " << int(m - pv)
2536       << " multipv " << pvLine + 1
2537       << " score " << value_to_uci(pv_score)
2538       << (pv_score >= beta ? " lowerbound" : pv_score <= alpha ? " upperbound" : "")
2539       << " time "  << current_search_time()
2540       << " nodes " << pos.nodes_searched()
2541       << " nps "   << nps(pos)
2542       << " pv "    << l.str();
2543
2544     return s.str();
2545   }
2546
2547
2548   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2549
2550     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
2551     Move* sm;
2552
2553     clear();
2554     bestMoveChanges = 0;
2555
2556     // Generate all legal moves and score them
2557     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
2558     qsearch_scoring(pos, mlist, last);
2559
2560     // Add each move to the RootMoveList's vector
2561     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
2562     {
2563         // If we have a searchMoves[] list then verify cur->move
2564         // is in the list before to add it.
2565         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != cur->move; sm++) {}
2566
2567         if (searchMoves[0] && *sm != cur->move)
2568             continue;
2569
2570         RootMove rm;
2571         rm.pv[0] = cur->move;
2572         rm.pv[1] = MOVE_NONE;
2573         rm.pv_score = Value(cur->score);
2574         push_back(rm);
2575     }
2576     sort();
2577   }
2578
2579 } // namespace