git.sesse.net Git - stockfish/blob - 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) 2008-2009 Marco Costalba
   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
  32 #include "book.h"
  33 #include "evaluate.h"
  34 #include "history.h"
  35 #include "misc.h"
  36 #include "movegen.h"
  37 #include "movepick.h"
  38 #include "lock.h"
  39 #include "san.h"
  40 #include "search.h"
  41 #include "thread.h"
  42 #include "tt.h"
  43 #include "ucioption.h"
  44
  45 using std::cout;
  46 using std::endl;
  47
  48 ////
  49 //// Local definitions
  50 ////
  51
  52 namespace {
  53
  54   /// Types
  55
  56
  57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
  58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
  59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
  60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
  61
  62   class ThreadsManager {
  63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
  64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
  65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
  66     */
  67   public:
  68     void init_threads();
  69     void exit_threads();
  70
  71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
  72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
  73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
  74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
  75
  76     void resetNodeCounters();
  77     void resetBetaCounters();
  78     int64_t nodes_searched() const;
  79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
  80     bool available_thread_exists(int master) const;
  81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
  82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
  83     void wake_sleeping_threads();
  84     void put_threads_to_sleep();
  85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
  86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
  87                Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
  88
  89   private:
  90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
  91
  92     int ActiveThreads;
  93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
  94     Thread threads[MAX_THREADS];
  95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
  96
  97     Lock MPLock;
  98
  99 #if !defined(_MSC_VER)
 100     pthread_cond_t WaitCond;
 101     pthread_mutex_t WaitLock;
 102 #else
 103     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
 104 #endif
 105
 106   };
 107
 108
 109   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
 110   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
 111   // in the case of moves which fail low).
 112
 113   struct RootMove {
 114
 115     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
 116
 117     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
 118     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
 119     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
 120     // have equal score but m1 has the higher node count.
 121     bool operator<(const RootMove& m) const {
 122
 123         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
 124     }
 125
 126     Move move;
 127     Value score;
 128     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
 129     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
 130   };
 131
 132
 133   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
 134   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
 135
 136   class RootMoveList {
 137
 138   public:
 139     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
 140
 141     int move_count() const { return count; }
 142     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
 143     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
 144     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
 145     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
 146     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
 147
 148     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
 149     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
 150     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
 151     void sort();
 152     void sort_multipv(int n);
 153
 154   private:
 155     static const int MaxRootMoves = 500;
 156     RootMove moves[MaxRootMoves];
 157     int count;
 158   };
 159
 160
 161   /// Adjustments
 162
 163   // Step 6. Razoring
 164
 165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
 166   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * d); }
 167
 168   // Step 8. Null move search with verification search
 169
 170   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
 171   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
 172   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
 173
 174   // Depth limit for use of dynamic threat detection when null move fails low
 175   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
 176
 177   // Step 9. Internal iterative deepening
 178
 179   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
 180   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
 181
 182   // Internal iterative deepening margin. At Non-PV nodes
 183   // we do an internal iterative deepening
 184   // search when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
 185   const Value IIDMargin = Value(0x100);
 186
 187   // Step 11. Decide the new search depth
 188
 189   // Extensions. Configurable UCI options.
 190   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
 191   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
 192   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
 193
 194   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
 195   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
 196
 197   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
 198   // remaining ones we will extend it.
 199   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
 200
 201   // Step 12. Futility pruning
 202
 203   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
 204
 205   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
 206   int32_t FutilityMarginsMatrix[14][64]; // [depth][moveNumber]
 207   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
 208
 209   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7*OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
 210   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16*OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
 211
 212   // Step 14. Reduced search
 213
 214   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
 215   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
 216   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
 217
 218   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
 219   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
 220
 221
 222
 223   // Search depth at iteration 1
 224   const Depth InitialDepth = OnePly;
 225
 226   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
 227   // better than the second best move.
 228   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
 229
 230   /// Variables initialized by UCI options
 231
 232   // Last seconds noise filtering (LSN)
 233   const bool UseLSNFiltering = true;
 234   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
 235   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
 236   bool loseOnTime = false;
 237
 238   // Iteration counters
 239   int Iteration;
 240
 241   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
 242   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
 243   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
 244
 245   // Search window management
 246   int AspirationDelta;
 247
 248   // MultiPV mode
 249   int MultiPV;
 250
 251   // Time managment variables
 252   int RootMoveNumber;
 253   int SearchStartTime;
 254   int MaxNodes, MaxDepth;
 255   int MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
 256   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
 257   bool AbortSearch, Quit;
 258   bool AspirationFailLow;
 259
 260   // Show current line?
 261   bool ShowCurrentLine;
 262
 263   // Log file
 264   bool UseLogFile;
 265   std::ofstream LogFile;
 266
 267   // MP related variables
 268   Depth MinimumSplitDepth;
 269   int MaxThreadsPerSplitPoint;
 270   ThreadsManager TM;
 271
 272   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different
 273   // cache lines (64 bytes each) from the heavy SMP read accessed variables.
 274   int NodesSincePoll;
 275   int NodesBetweenPolls = 30000;
 276
 277   // History table
 278   History H;
 279
 280   /// Functions
 281
 282   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
 283   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta);
 284   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
 285   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
 286   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
 287   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
 288   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
 289   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
 290   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
 291   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
 292   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
 293   bool value_is_mate(Value value);
 294   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
 295   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
 296   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
 297   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
 298   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
 299   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
 300   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
 301   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
 302   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
 303
 304   int current_search_time();
 305   int nps();
 306   void poll(SearchStack ss[], int ply);
 307   void ponderhit();
 308   void wait_for_stop_or_ponderhit();
 309   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
 310
 311 #if !defined(_MSC_VER)
 312   void *init_thread(void *threadID);
 313 #else
 314   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
 315 #endif
 316
 317 }
 318
 319
 320 ////
 321 //// Functions
 322 ////
 323
 324 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
 325 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
 326
 327 void init_threads() { TM.init_threads(); }
 328 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
 329 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
 330
 331
 332 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
 333 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
 334
 335 int perft(Position& pos, Depth depth)
 336 {
 337     Move move;
 338     int sum = 0;
 339     MovePicker mp = MovePicker(pos, MOVE_NONE, depth, H);
 340
 341     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
 342     // the moves, just to count them.
 343     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
 344     {
 345         while (mp.get_next_move()) sum++;
 346         return sum;
 347     }
 348
 349     // Loop through all legal moves
 350     CheckInfo ci(pos);
 351     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
 352     {
 353         StateInfo st;
 354         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
 355         sum += perft(pos, depth - OnePly);
 356         pos.undo_move(move);
 357     }
 358     return sum;
 359 }
 360
 361
 362 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
 363 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
 364 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
 365 /// when a quit command is received during the search.
 366
 367 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
 368            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
 369            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
 370
 371   // Initialize global search variables
 372   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = false;
 373   AspirationFailLow = false;
 374   NodesSincePoll = 0;
 375   SearchStartTime = get_system_time();
 376   ExactMaxTime = maxTime;
 377   MaxDepth = maxDepth;
 378   MaxNodes = maxNodes;
 379   InfiniteSearch = infinite;
 380   PonderSearch = ponder;
 381   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
 382
 383   // Look for a book move, only during games, not tests
 384   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
 385   {
 386       Move bookMove;
 387       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
 388           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
 389
 390       bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
 391       if (bookMove != MOVE_NONE)
 392       {
 393           if (PonderSearch)
 394               wait_for_stop_or_ponderhit();
 395
 396           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
 397           return true;
 398       }
 399   }
 400
 401   TM.resetNodeCounters();
 402
 403   if (button_was_pressed("New Game"))
 404       loseOnTime = false; // Reset at the beginning of a new game
 405
 406   // Read UCI option values
 407   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
 408   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
 409       TT.clear();
 410
 411   bool PonderingEnabled = get_option_value_bool("Ponder");
 412   MultiPV = get_option_value_int("MultiPV");
 413
 414   CheckExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
 415   CheckExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
 416
 417   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
 418   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
 419
 420   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
 421   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
 422
 423   PassedPawnExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
 424   PassedPawnExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
 425
 426   PawnEndgameExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
 427   PawnEndgameExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
 428
 429   MateThreatExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
 430   MateThreatExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
 431
 432   Chess960 = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
 433   ShowCurrentLine = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
 434   UseLogFile = get_option_value_bool("Use Search Log");
 435   if (UseLogFile)
 436       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
 437
 438   MinimumSplitDepth = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
 439   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
 440
 441   read_weights(pos.side_to_move());
 442
 443   // Set the number of active threads
 444   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
 445   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
 446   {
 447       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
 448       init_eval(TM.active_threads());
 449       // HACK: init_eval() destroys the static castleRightsMask[] array in the
 450       // Position class. The below line repairs the damage.
 451       Position p(pos.to_fen());
 452       assert(pos.is_ok());
 453   }
 454
 455   // Wake up sleeping threads
 456   TM.wake_sleeping_threads();
 457
 458   // Set thinking time
 459   int myTime = time[side_to_move];
 460   int myIncrement = increment[side_to_move];
 461   if (UseTimeManagement)
 462   {
 463       if (!movesToGo) // Sudden death time control
 464       {
 465           if (myIncrement)
 466           {
 467               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
 468               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
 469           }
 470           else // Blitz game without increment
 471           {
 472               MaxSearchTime = myTime / 30;
 473               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
 474           }
 475       }
 476       else // (x moves) / (y minutes)
 477       {
 478           if (movesToGo == 1)
 479           {
 480               MaxSearchTime = myTime / 2;
 481               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
 482           }
 483           else
 484           {
 485               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
 486               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
 487           }
 488       }
 489
 490       if (PonderingEnabled)
 491       {
 492           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
 493           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
 494       }
 495   }
 496
 497   // Set best NodesBetweenPolls interval
 498   if (MaxNodes)
 499       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
 500   else if (myTime && myTime < 1000)
 501       NodesBetweenPolls = 1000;
 502   else if (myTime && myTime < 5000)
 503       NodesBetweenPolls = 5000;
 504   else
 505       NodesBetweenPolls = 30000;
 506
 507   // Write information to search log file
 508   if (UseLogFile)
 509       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
 510               << "infinite: "  << infinite
 511               << " ponder: "   << ponder
 512               << " time: "     << myTime
 513               << " increment: " << myIncrement
 514               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
 515
 516   // LSN filtering. Used only for developing purpose. Disabled by default.
 517   if (   UseLSNFiltering
 518       && loseOnTime)
 519   {
 520       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
 521        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
 522            /* wait here */;
 523   }
 524
 525   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
 526   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
 527
 528   if (UseLSNFiltering)
 529   {
 530       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
 531       // decide to lose on time.
 532       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
 533           && myTime < LSNTime
 534           && myIncrement == 0
 535           && movesToGo == 0
 536           && v < -LSNValue)
 537       {
 538           loseOnTime = true;
 539       }
 540       else if (loseOnTime)
 541       {
 542           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
 543           loseOnTime = false;
 544       }
 545   }
 546
 547   if (UseLogFile)
 548       LogFile.close();
 549
 550   TM.put_threads_to_sleep();
 551
 552   return !Quit;
 553 }
 554
 555
 556 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
 557
 558 void init_search() {
 559
 560   // Init our reduction lookup tables
 561   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
 562       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
 563       {
 564           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
 565           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
 566           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
 567           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
 568       }
 569
 570   // Init futility margins array
 571   for (int i = 0; i < 14; i++) // i == depth (OnePly = 2)
 572       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
 573       {
 574           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j; // FIXME: test using log instead of BSR
 575       }
 576
 577   // Init futility move count array
 578   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
 579       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
 580 }
 581
 582
 583 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
 584 // new search from the root.
 585 void SearchStack::init(int ply) {
 586
 587   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
 588   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
 589   reduction = Depth(0);
 590   eval = VALUE_NONE;
 591 }
 592
 593 void SearchStack::initKillers() {
 594
 595   mateKiller = MOVE_NONE;
 596   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
 597       killers[i] = MOVE_NONE;
 598 }
 599
 600 namespace {
 601
 602   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
 603   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
 604   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
 605   // reached.
 606
 607   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
 608
 609     Position p(pos);
 610     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
 611
 612     // searchMoves are verified, copied, scored and sorted
 613     RootMoveList rml(p, searchMoves);
 614
 615     // Handle special case of searching on a mate/stale position
 616     if (rml.move_count() == 0)
 617     {
 618         if (PonderSearch)
 619             wait_for_stop_or_ponderhit();
 620
 621         return pos.is_check()? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
 622     }
 623
 624     // Print RootMoveList c'tor startup scoring to the standard output,
 625     // so that we print information also for iteration 1.
 626     cout << "info depth " << 1 << "\ninfo depth " << 1
 627          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
 628          << " time " << current_search_time()
 629          << " nodes " << TM.nodes_searched()
 630          << " nps " << nps()
 631          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
 632
 633     // Initialize
 634     TT.new_search();
 635     H.clear();
 636     init_ss_array(ss);
 637     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
 638     Iteration = 1;
 639
 640     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
 641     Move EasyMove = MOVE_NONE;
 642     if (   rml.move_count() == 1
 643         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
 644         EasyMove = rml.get_move(0);
 645
 646     // Iterative deepening loop
 647     while (Iteration < PLY_MAX)
 648     {
 649         // Initialize iteration
 650         rml.sort();
 651         Iteration++;
 652         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
 653         if (Iteration <= 5)
 654             ExtraSearchTime = 0;
 655
 656         cout << "info depth " << Iteration << endl;
 657
 658         // Calculate dynamic search window based on previous iterations
 659         Value alpha, beta;
 660
 661         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
 662         {
 663             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
 664             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
 665
 666             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
 667             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
 668
 669             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
 670             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
 671         }
 672         else
 673         {
 674             alpha = - VALUE_INFINITE;
 675             beta  =   VALUE_INFINITE;
 676         }
 677
 678         // Search to the current depth
 679         Value value = root_search(p, ss, rml, alpha, beta);
 680
 681         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
 682         // been overwritten during the search.
 683         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
 684
 685         if (AbortSearch)
 686             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
 687
 688         //Save info about search result
 689         ValueByIteration[Iteration] = value;
 690
 691         // Drop the easy move if it differs from the new best move
 692         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
 693             EasyMove = MOVE_NONE;
 694
 695         if (UseTimeManagement)
 696         {
 697             // Time to stop?
 698             bool stopSearch = false;
 699
 700             // Stop search early if there is only a single legal move,
 701             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
 702             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
 703                 stopSearch = true;
 704
 705             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
 706             if (  Iteration >= 6
 707                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
 708                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
 709                 stopSearch = true;
 710
 711             // Stop search early if one move seems to be much better than the rest
 712             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
 713             if (   Iteration >= 8
 714                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
 715                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
 716                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
 717                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
 718                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
 719                 stopSearch = true;
 720
 721             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
 722             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
 723                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
 724                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
 725
 726             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
 727             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
 728             // move at the next iteration anyway.
 729             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
 730                 stopSearch = true;
 731
 732             if (stopSearch)
 733             {
 734                 if (!PonderSearch)
 735                     break;
 736                 else
 737                     StopOnPonderhit = true;
 738             }
 739         }
 740
 741         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
 742             break;
 743     }
 744
 745     rml.sort();
 746
 747     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
 748     // best move before we are told to do so.
 749     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
 750         wait_for_stop_or_ponderhit();
 751     else
 752         // Print final search statistics
 753         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
 754              << " nps " << nps()
 755              << " time " << current_search_time()
 756              << " hashfull " << TT.full() << endl;
 757
 758     // Print the best move and the ponder move to the standard output
 759     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
 760     {
 761         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
 762         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
 763     }
 764     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
 765     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
 766         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
 767
 768     cout << endl;
 769
 770     if (UseLogFile)
 771     {
 772         if (dbg_show_mean)
 773             dbg_print_mean(LogFile);
 774
 775         if (dbg_show_hit_rate)
 776             dbg_print_hit_rate(LogFile);
 777
 778         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
 779                 << "\nNodes/second: " << nps()
 780                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
 781
 782         StateInfo st;
 783         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
 784         LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) << endl;
 785     }
 786     return rml.get_move_score(0);
 787   }
 788
 789
 790   // root_search() is the function which searches the root node. It is
 791   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
 792   // scheme and prints some information to the standard output.
 793
 794   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta) {
 795
 796     int64_t nodes;
 797     Move move;
 798     StateInfo st;
 799     Depth depth, ext, newDepth;
 800     Value value;
 801     CheckInfo ci(pos);
 802     int researchCount = 0;
 803     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
 804     Value alpha = oldAlpha;
 805     bool isCheck = pos.is_check();
 806
 807     // Evaluate the position statically
 808     EvalInfo ei;
 809     ss[0].eval = !isCheck ? evaluate(pos, ei, 0) : VALUE_NONE;
 810
 811     while (1) // Fail low loop
 812     {
 813
 814         // Loop through all the moves in the root move list
 815         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
 816         {
 817             if (alpha >= beta)
 818             {
 819                 // We failed high, invalidate and skip next moves, leave node-counters
 820                 // and beta-counters as they are and quickly return, we will try to do
 821                 // a research at the next iteration with a bigger aspiration window.
 822                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
 823                 continue;
 824             }
 825
 826             RootMoveNumber = i + 1;
 827
 828             // Save the current node count before the move is searched
 829             nodes = TM.nodes_searched();
 830
 831             // Reset beta cut-off counters
 832             TM.resetBetaCounters();
 833
 834             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
 835             // the standard output.
 836             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
 837
 838             if (current_search_time() >= 1000)
 839                 cout << "info currmove " << move
 840                      << " currmovenumber " << RootMoveNumber << endl;
 841
 842             // Decide search depth for this move
 843             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
 844             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
 845             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
 846             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
 847             newDepth = depth + ext;
 848
 849             value = - VALUE_INFINITE;
 850
 851             while (1) // Fail high loop
 852             {
 853
 854                 // Make the move, and search it
 855                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
 856
 857                 if (i < MultiPV || value > alpha)
 858                 {
 859                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
 860                     if (MultiPV > 1)
 861                         alpha = -VALUE_INFINITE;
 862
 863                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
 864                 }
 865                 else
 866                 {
 867                     // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
 868                     // if the move fails high will be re-searched at full depth.
 869                     bool doFullDepthSearch = true;
 870
 871                     if (   depth >= 3*OnePly // FIXME was newDepth
 872                         && !dangerous
 873                         && !captureOrPromotion
 874                         && !move_is_castle(move))
 875                     {
 876                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, RootMoveNumber - MultiPV + 1);
 877                         if (ss[0].reduction)
 878                         {
 879                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
 880                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
 881                         }
 882                     }
 883
 884                     if (doFullDepthSearch)
 885                     {
 886                         ss[0].reduction = Depth(0);
 887                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
 888
 889                         if (value > alpha)
 890                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
 891                     }
 892                 }
 893
 894                 pos.undo_move(move);
 895
 896                 // Can we exit fail high loop ?
 897                 if (AbortSearch || value < beta)
 898                     break;
 899
 900                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update score
 901                 // before research in case we run out of time while researching.
 902                 rml.set_move_score(i, value);
 903                 update_pv(ss, 0);
 904                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
 905                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
 906
 907                 // Print search information to the standard output
 908                 cout << "info depth " << Iteration
 909                      << " score " << value_to_string(value)
 910                      << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
 911                         ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
 912                      << " time "  << current_search_time()
 913                      << " nodes " << TM.nodes_searched()
 914                      << " nps "   << nps()
 915                      << " pv ";
 916
 917                 for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
 918                     cout << ss[0].pv[j] << " ";
 919
 920                 cout << endl;
 921
 922                 if (UseLogFile)
 923                 {
 924                     ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
 925                                     : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
 926
 927                     LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
 928                                          TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
 929                 }
 930
 931                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
 932                 researchCount++;
 933                 beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCount), VALUE_INFINITE);
 934
 935             } // End of fail high loop
 936
 937             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
 938             // was aborted because the user interrupted the search or because we
 939             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
 940             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
 941             // move and/or PV.
 942             if (AbortSearch)
 943                 break;
 944
 945             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
 946             // info is used to sort the root moves at the next iteration.
 947             int64_t our, their;
 948             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
 949             rml.set_beta_counters(i, our, their);
 950             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
 951
 952             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
 953
 954             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
 955                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
 956             else
 957             {
 958                 // PV move or new best move!
 959
 960                 // Update PV
 961                 rml.set_move_score(i, value);
 962                 update_pv(ss, 0);
 963                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
 964                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
 965
 966                 if (MultiPV == 1)
 967                 {
 968                     // We record how often the best move has been changed in each
 969                     // iteration. This information is used for time managment: When
 970                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
 971                     if (i > 0)
 972                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
 973
 974                     // Print search information to the standard output
 975                     cout << "info depth " << Iteration
 976                          << " score " << value_to_string(value)
 977                          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
 978                             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
 979                          << " time "  << current_search_time()
 980                          << " nodes " << TM.nodes_searched()
 981                          << " nps "   << nps()
 982                          << " pv ";
 983
 984                     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
 985                         cout << ss[0].pv[j] << " ";
 986
 987                     cout << endl;
 988
 989                     if (UseLogFile)
 990                     {
 991                         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
 992                                         : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
 993
 994                         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
 995                                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
 996                     }
 997                     if (value > alpha)
 998                         alpha = value;
 999                 }
1000                 else // MultiPV > 1
1001                 {
1002                     rml.sort_multipv(i);
1003                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
1004                     {
1005                         cout << "info multipv " << j + 1
1006                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
1007                              << " depth " << ((j <= i)? Iteration : Iteration - 1)
1008                              << " time " << current_search_time()
1009                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1010                              << " nps " << nps()
1011                              << " pv ";
1012
1013                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1014                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1015
1016                         cout << endl;
1017                     }
1018                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV-1));
1019                 }
1020             } // PV move or new best move
1021
1022             assert(alpha >= oldAlpha);
1023
1024             AspirationFailLow = (alpha == oldAlpha);
1025
1026             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1027                 StopOnPonderhit = false;
1028         }
1029
1030         // Can we exit fail low loop ?
1031         if (AbortSearch || alpha > oldAlpha)
1032             break;
1033
1034         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1035         researchCount++;
1036         alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCount), -VALUE_INFINITE);
1037         oldAlpha = alpha;
1038
1039     } // Fail low loop
1040
1041     return alpha;
1042   }
1043
1044
1045   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1046
1047   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1048                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1049
1050     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1051     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1052     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1053     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1054
1055     Move movesSearched[256];
1056     EvalInfo ei;
1057     StateInfo st;
1058     const TTEntry* tte;
1059     Move ttMove, move;
1060     Depth ext, newDepth;
1061     Value bestValue, value, oldAlpha;
1062     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1063     bool mateThreat = false;
1064     int moveCount = 0;
1065     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1066
1067     if (depth < OnePly)
1068         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1069
1070     // Step 1. Initialize node and poll
1071     // Polling can abort search.
1072     init_node(ss, ply, threadID);
1073
1074     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1075     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1076         return Value(0);
1077
1078     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1079         return VALUE_DRAW;
1080
1081     // Step 3. Mate distance pruning
1082     oldAlpha = alpha;
1083     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1084     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1085     if (alpha >= beta)
1086         return alpha;
1087
1088     // Step 4. Transposition table lookup
1089     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1090     // This is to avoid problems in the following areas:
1091     //
1092     // * Repetition draw detection
1093     // * Fifty move rule detection
1094     // * Searching for a mate
1095     // * Printing of full PV line
1096     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1097     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1098
1099     // Step 5. Evaluate the position statically
1100     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1101     isCheck = pos.is_check();
1102     if (!isCheck)
1103     {
1104         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1105         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1106     }
1107
1108     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1109     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1110     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1111
1112     // Step 9. Internal iterative deepening
1113     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1114         && ttMove == MOVE_NONE)
1115     {
1116         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1117         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1118         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1119     }
1120
1121     // Step 10. Loop through moves
1122     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1123
1124     // Initialize a MovePicker object for the current position
1125     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1126     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1127     CheckInfo ci(pos);
1128
1129     while (   alpha < beta
1130            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1131            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1132     {
1133       assert(move_is_ok(move));
1134
1135       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1136       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1137       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1138
1139       // Step 11. Decide the new search depth
1140       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1141
1142       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1143       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1144       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1145       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1146           && tte
1147           && move == tte->move()
1148           && ext < OnePly
1149           && is_lower_bound(tte->type())
1150           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1151       {
1152           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1153
1154           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1155           {
1156               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1157
1158               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1159                   ext = OnePly;
1160           }
1161       }
1162
1163       newDepth = depth - OnePly + ext;
1164
1165       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1166       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1167
1168       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1169
1170       // Step 13. Make the move
1171       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1172
1173       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1174       // The first move in list is the expected PV
1175       if (moveCount == 1)
1176           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1177       else
1178       {
1179         // Step 14. Reduced search
1180         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1181         bool doFullDepthSearch = true;
1182
1183         if (    depth >= 3*OnePly
1184             && !dangerous
1185             && !captureOrPromotion
1186             && !move_is_castle(move)
1187             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1188         {
1189             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1190             if (ss[ply].reduction)
1191             {
1192                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1193                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1194             }
1195         }
1196
1197         // Step 15. Full depth search
1198         if (doFullDepthSearch)
1199         {
1200             ss[ply].reduction = Depth(0);
1201             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1202
1203             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1204             if (value > alpha && value < beta)
1205                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1206         }
1207       }
1208
1209       // Step 16. Undo move
1210       pos.undo_move(move);
1211
1212       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1213
1214       // Step 17. Check for new best move
1215       if (value > bestValue)
1216       {
1217           bestValue = value;
1218           if (value > alpha)
1219           {
1220               alpha = value;
1221               update_pv(ss, ply);
1222               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1223                   ss[ply].mateKiller = move;
1224           }
1225       }
1226
1227       // Step 18. Check for split
1228       if (   TM.active_threads() > 1
1229           && bestValue < beta
1230           && depth >= MinimumSplitDepth
1231           && Iteration <= 99
1232           && TM.available_thread_exists(threadID)
1233           && !AbortSearch
1234           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1235           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1236                       depth, &moveCount, &mp, threadID, true))
1237           break;
1238     }
1239
1240     // Step 19. Check for mate and stalemate
1241     // All legal moves have been searched and if there were
1242     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1243     if (moveCount == 0)
1244         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1245
1246     // Step 20. Update tables
1247     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1248     // history counters, and killer moves.
1249     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1250         return bestValue;
1251
1252     if (bestValue <= oldAlpha)
1253         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1254
1255     else if (bestValue >= beta)
1256     {
1257         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1258         move = ss[ply].pv[ply];
1259         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1260         {
1261             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1262             update_killers(move, ss[ply]);
1263         }
1264         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1265     }
1266     else
1267         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1268
1269     return bestValue;
1270   }
1271
1272
1273   // search() is the search function for zero-width nodes.
1274
1275   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1276                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1277
1278     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1279     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1280     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1281
1282     Move movesSearched[256];
1283     EvalInfo ei;
1284     StateInfo st;
1285     const TTEntry* tte;
1286     Move ttMove, move;
1287     Depth ext, newDepth;
1288     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1289     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1290     bool mateThreat = false;
1291     int moveCount = 0;
1292     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1293
1294     if (depth < OnePly)
1295         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1296
1297     // Step 1. Initialize node and poll
1298     // Polling can abort search.
1299     init_node(ss, ply, threadID);
1300
1301     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1302     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1303         return Value(0);
1304
1305     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1306         return VALUE_DRAW;
1307
1308     // Step 3. Mate distance pruning
1309     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1310         return beta;
1311
1312     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1313         return beta - 1;
1314
1315     // Step 4. Transposition table lookup
1316
1317     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1318     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1319     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1320
1321     tte = TT.retrieve(posKey);
1322     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1323
1324     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1325     {
1326         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1327         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1328     }
1329
1330     // Step 5. Evaluate the position statically
1331     isCheck = pos.is_check();
1332
1333     if (!isCheck)
1334     {
1335         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1336             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1337         else
1338             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1339
1340         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1341         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1342     }
1343
1344     // Step 6. Razoring
1345     if (   !value_is_mate(beta)
1346         && !isCheck
1347         && depth < RazorDepth
1348         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1349         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1350         && ttMove == MOVE_NONE
1351         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1352     {
1353         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1354         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1355         if (v < rbeta)
1356           return v; //FIXME: Logically should be: return (v + razor_margin(depth));
1357     }
1358
1359     // Step 7. Static null move pruning
1360     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1361     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1362     if (  !isCheck
1363         && allowNullmove
1364         && depth < RazorDepth
1365         && refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1366         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1367
1368     // Step 8. Null move search with verification search
1369     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1370     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1371     // NullMoveMargin under beta.
1372     if (    allowNullmove
1373         &&  depth > OnePly
1374         && !isCheck
1375         && !value_is_mate(beta)
1376         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1377         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1378     {
1379         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1380
1381         pos.do_null_move(st);
1382
1383         // Null move dynamic reduction based on depth
1384         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1385
1386         // Null move dynamic reduction based on value
1387         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1388             R++;
1389
1390         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1391
1392         pos.undo_null_move();
1393
1394         if (nullValue >= beta)
1395         {
1396             if (depth < 6 * OnePly)
1397                 return beta;
1398
1399             // Do zugzwang verification search
1400             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1401             if (v >= beta)
1402                 return beta;
1403         } else {
1404             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1405             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1406             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1407             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1408             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1409             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1410             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1411                 mateThreat = true;
1412
1413             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1414             if (   depth < ThreatDepth
1415                 && ss[ply - 1].reduction
1416                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1417                 return beta - 1;
1418         }
1419     }
1420
1421     // Step 9. Internal iterative deepening
1422     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1423         && ttMove == MOVE_NONE
1424         && !isCheck
1425         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1426     {
1427         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1428         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1429         tte = TT.retrieve(posKey);
1430     }
1431
1432     // Step 10. Loop through moves
1433     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1434
1435     // Initialize a MovePicker object for the current position
1436     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1437     CheckInfo ci(pos);
1438
1439     while (   bestValue < beta
1440            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1441            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1442     {
1443       assert(move_is_ok(move));
1444
1445       if (move == excludedMove)
1446           continue;
1447
1448       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1449       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1450       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1451
1452       // Step 11. Decide the new search depth
1453       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1454
1455       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1456       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1457       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1458       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1459           && tte
1460           && move == tte->move()
1461           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1462           && ext < OnePly
1463           && is_lower_bound(tte->type())
1464           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1465       {
1466           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1467
1468           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1469           {
1470               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1471
1472               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1473                   ext = OnePly;
1474           }
1475       }
1476
1477       newDepth = depth - OnePly + ext;
1478
1479       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1480       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1481
1482       // Step 12. Futility pruning
1483       if (   !isCheck
1484           && !dangerous
1485           && !captureOrPromotion
1486           && !move_is_castle(move)
1487           &&  move != ttMove)
1488       {
1489           // Move count based pruning
1490           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1491               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1492               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1493               continue;
1494
1495           // Value based pruning
1496           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1497           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1498                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1499
1500           if (futilityValueScaled < beta)
1501           {
1502               if (futilityValueScaled > bestValue)
1503                   bestValue = futilityValueScaled;
1504               continue;
1505           }
1506       }
1507
1508       // Step 13. Make the move
1509       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1510
1511       // Step 14. Reduced search
1512       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1513       bool doFullDepthSearch = true;
1514
1515       if (    depth >= 3*OnePly
1516           && !dangerous
1517           && !captureOrPromotion
1518           && !move_is_castle(move)
1519           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1520       {
1521           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1522           if (ss[ply].reduction)
1523           {
1524               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1525               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1526           }
1527       }
1528
1529       // Step 15. Full depth search
1530       if (doFullDepthSearch)
1531       {
1532           ss[ply].reduction = Depth(0);
1533           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1534       }
1535
1536       // Step 16. Undo move
1537       pos.undo_move(move);
1538
1539       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1540
1541       // Step 17. Check for new best move
1542       if (value > bestValue)
1543       {
1544           bestValue = value;
1545           if (value >= beta)
1546               update_pv(ss, ply);
1547
1548           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1549               ss[ply].mateKiller = move;
1550       }
1551
1552       // Step 18. Check for split
1553       if (   TM.active_threads() > 1
1554           && bestValue < beta
1555           && depth >= MinimumSplitDepth
1556           && Iteration <= 99
1557           && TM.available_thread_exists(threadID)
1558           && !AbortSearch
1559           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1560           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1561                       depth, &moveCount, &mp, threadID, false))
1562           break;
1563     }
1564
1565     // Step 19. Check for mate and stalemate
1566     // All legal moves have been searched and if there were
1567     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1568     // If one move was excluded return fail low.
1569     if (!moveCount)
1570         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1571
1572     // Step 20. Update tables
1573     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1574     // history counters, and killer moves.
1575     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1576         return bestValue;
1577
1578     if (bestValue < beta)
1579         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1580     else
1581     {
1582         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1583         move = ss[ply].pv[ply];
1584         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1585         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1586         {
1587             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1588             update_killers(move, ss[ply]);
1589         }
1590
1591     }
1592
1593     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1594
1595     return bestValue;
1596   }
1597
1598
1599   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1600   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1601   // less than OnePly).
1602
1603   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1604                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1605
1606     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1607     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1608     assert(depth <= 0);
1609     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1610     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1611
1612     EvalInfo ei;
1613     StateInfo st;
1614     Move ttMove, move;
1615     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1616     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1617     const TTEntry* tte = NULL;
1618     int moveCount = 0;
1619     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1620     Value oldAlpha = alpha;
1621
1622     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1623     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1624     init_node(ss, ply, threadID);
1625
1626     // After init_node() that calls poll()
1627     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1628         return Value(0);
1629
1630     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1631         return VALUE_DRAW;
1632
1633     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1634     // pruning, but only for move ordering.
1635     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1636     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1637
1638     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1639     {
1640         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1641
1642         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1643         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1644     }
1645
1646     isCheck = pos.is_check();
1647
1648     // Evaluate the position statically
1649     if (isCheck)
1650         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1651     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1652         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1653     else
1654         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1655
1656     if (!isCheck)
1657     {
1658         ss[ply].eval = staticValue;
1659         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1660     }
1661
1662     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1663     // at least beta.
1664     bestValue = staticValue;
1665
1666     if (bestValue >= beta)
1667     {
1668         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1669         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1670             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1671
1672         return bestValue;
1673     }
1674
1675     if (bestValue > alpha)
1676         alpha = bestValue;
1677
1678     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1679     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1680
1681     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1682     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1683     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1684     // and we are near beta) will be generated.
1685     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1686     CheckInfo ci(pos);
1687     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1688     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1689
1690     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1691     // occurs.
1692     while (   alpha < beta
1693            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1694     {
1695       assert(move_is_ok(move));
1696
1697       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1698
1699       // Update current move
1700       moveCount++;
1701       ss[ply].currentMove = move;
1702
1703       // Futility pruning
1704       if (   enoughMaterial
1705           && !isCheck
1706           && !pvNode
1707           && !moveIsCheck
1708           &&  move != ttMove
1709           && !move_is_promotion(move)
1710           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1711       {
1712           futilityValue =  futilityBase
1713                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1714                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1715
1716           if (futilityValue < alpha)
1717           {
1718               if (futilityValue > bestValue)
1719                   bestValue = futilityValue;
1720               continue;
1721           }
1722       }
1723
1724       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1725       evasionPrunable =   isCheck
1726                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1727                        && !pos.move_is_capture(move)
1728                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1729                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1730
1731       // Don't search moves with negative SEE values
1732       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1733           && !pvNode
1734           &&  move != ttMove
1735           && !move_is_promotion(move)
1736           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1737           continue;
1738
1739       // Make and search the move
1740       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1741       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1742       pos.undo_move(move);
1743
1744       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1745
1746       // New best move?
1747       if (value > bestValue)
1748       {
1749           bestValue = value;
1750           if (value > alpha)
1751           {
1752               alpha = value;
1753               update_pv(ss, ply);
1754           }
1755        }
1756     }
1757
1758     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1759     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1760     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1761         return value_mated_in(ply);
1762
1763     // Update transposition table
1764     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1765     if (bestValue <= oldAlpha)
1766     {
1767         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1768         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1769         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1770         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1771     }
1772     else if (bestValue >= beta)
1773     {
1774         move = ss[ply].pv[ply];
1775         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1776
1777         // Update killers only for good checking moves
1778         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1779             update_killers(move, ss[ply]);
1780     }
1781     else
1782         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1783
1784     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1785
1786     return bestValue;
1787   }
1788
1789
1790   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1791   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1792   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1793   // table, done a null move search, and searched the first move before
1794   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1795   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1796   // care of after we return from the split point.
1797   // FIXME: We are currently ignoring mateThreat flag here
1798
1799   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1800
1801     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1802     assert(TM.active_threads() > 1);
1803
1804     StateInfo st;
1805     Move move;
1806     Depth ext, newDepth;
1807     Value value, futilityValueScaled;
1808     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1809     int moveCount;
1810     value = -VALUE_INFINITE;
1811
1812     Position pos(*sp->pos);
1813     CheckInfo ci(pos);
1814     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1815     isCheck = pos.is_check();
1816
1817     // Step 10. Loop through moves
1818     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1819     lock_grab(&(sp->lock));
1820
1821     while (    sp->bestValue < sp->beta
1822            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1823            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1824     {
1825       moveCount = ++sp->moves;
1826       lock_release(&(sp->lock));
1827
1828       assert(move_is_ok(move));
1829
1830       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1831       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1832
1833       // Step 11. Decide the new search depth
1834       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1835       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1836
1837       // Update current move
1838       ss[sp->ply].currentMove = move;
1839
1840       // Step 12. Futility pruning
1841       if (   !isCheck
1842           && !dangerous
1843           && !captureOrPromotion
1844           && !move_is_castle(move))
1845       {
1846           // Move count based pruning
1847           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1848               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1849               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1850           {
1851               lock_grab(&(sp->lock));
1852               continue;
1853           }
1854
1855           // Value based pruning
1856           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1857           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1858                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1859
1860           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1861           {
1862               lock_grab(&(sp->lock));
1863
1864               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1865                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1866               continue;
1867           }
1868       }
1869
1870       // Step 13. Make the move
1871       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1872
1873       // Step 14. Reduced search
1874       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1875       bool doFullDepthSearch = true;
1876
1877       if (   !dangerous
1878           && !captureOrPromotion
1879           && !move_is_castle(move)
1880           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1881       {
1882           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1883           if (ss[sp->ply].reduction)
1884           {
1885               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1886               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1887           }
1888       }
1889
1890       // Step 15. Full depth search
1891       if (doFullDepthSearch)
1892       {
1893           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1894           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1895       }
1896
1897       // Step 16. Undo move
1898       pos.undo_move(move);
1899
1900       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1901
1902       // Step 17. Check for new best move
1903       lock_grab(&(sp->lock));
1904
1905       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1906       {
1907           sp->bestValue = value;
1908           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1909           {
1910               sp->stopRequest = true;
1911               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1912           }
1913       }
1914     }
1915
1916     /* Here we have the lock still grabbed */
1917
1918     sp->slaves[threadID] = 0;
1919     sp->cpus--;
1920
1921     lock_release(&(sp->lock));
1922   }
1923
1924
1925   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1926   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1927   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1928   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1929   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1930   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1931   // after we return from the split point.
1932   // FIXME: We are ignoring mateThreat flag!
1933
1934   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1935
1936     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1937     assert(TM.active_threads() > 1);
1938
1939     StateInfo st;
1940     Move move;
1941     Depth ext, newDepth;
1942     Value value;
1943     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1944     int moveCount;
1945     value = -VALUE_INFINITE;
1946
1947     Position pos(*sp->pos);
1948     CheckInfo ci(pos);
1949     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1950
1951     // Step 10. Loop through moves
1952     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1953     lock_grab(&(sp->lock));
1954
1955     while (    sp->alpha < sp->beta
1956            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1957            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1958     {
1959       moveCount = ++sp->moves;
1960       lock_release(&(sp->lock));
1961
1962       assert(move_is_ok(move));
1963
1964       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1965       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1966
1967       // Step 11. Decide the new search depth
1968       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1969       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1970
1971       // Update current move
1972       ss[sp->ply].currentMove = move;
1973
1974       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1975
1976       // Step 13. Make the move
1977       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1978
1979       // Step 14. Reduced search
1980       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1981       bool doFullDepthSearch = true;
1982
1983       if (   !dangerous
1984           && !captureOrPromotion
1985           && !move_is_castle(move)
1986           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1987       {
1988           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1989           if (ss[sp->ply].reduction)
1990           {
1991               Value localAlpha = sp->alpha;
1992               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1993               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1994           }
1995       }
1996
1997       // Step 15. Full depth search
1998       if (doFullDepthSearch)
1999       {
2000           Value localAlpha = sp->alpha;
2001           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
2002           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
2003
2004           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
2005           {
2006               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
2007               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
2008               localAlpha = sp->alpha;
2009               if (localAlpha < sp->beta)
2010                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2011           }
2012       }
2013
2014       // Step 16. Undo move
2015       pos.undo_move(move);
2016
2017       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2018
2019       // Step 17. Check for new best move
2020       lock_grab(&(sp->lock));
2021
2022       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2023       {
2024           sp->bestValue = value;
2025           if (value > sp->alpha)
2026           {
2027               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2028               if (value >= sp->beta)
2029                   sp->stopRequest = true;
2030
2031               sp->alpha = value;
2032
2033               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2034               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2035                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2036           }
2037       }
2038     }
2039
2040     /* Here we have the lock still grabbed */
2041
2042     sp->slaves[threadID] = 0;
2043     sp->cpus--;
2044
2045     lock_release(&(sp->lock));
2046   }
2047
2048
2049   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2050   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2051   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2052   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2053   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2054
2055   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2056
2057     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2058     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2059
2060     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2061
2062     if (threadID == 0)
2063     {
2064         NodesSincePoll++;
2065         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2066         {
2067             poll(ss, ply);
2068             NodesSincePoll = 0;
2069         }
2070     }
2071     ss[ply].init(ply);
2072     ss[ply + 2].initKillers();
2073   }
2074
2075
2076   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2077   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2078   // current node.
2079
2080   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2081
2082     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2083
2084     int p;
2085
2086     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2087
2088     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2089         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2090
2091     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2092   }
2093
2094
2095   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2096   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2097   // the PV at the parent node.
2098
2099   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2100
2101     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2102
2103     int p;
2104
2105     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2106
2107     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2108         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2109
2110     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2111   }
2112
2113
2114   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2115   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2116   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2117   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2118   // second move is assumed to be a move from the current position.
2119
2120   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2121
2122     Square f1, t1, f2, t2;
2123     Piece p;
2124
2125     assert(move_is_ok(m1));
2126     assert(move_is_ok(m2));
2127
2128     if (m2 == MOVE_NONE)
2129         return false;
2130
2131     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2132     f2 = move_from(m2);
2133     t1 = move_to(m1);
2134     if (f2 == t1)
2135         return true;
2136
2137     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2138     t2 = move_to(m2);
2139     f1 = move_from(m1);
2140     if (t2 == f1)
2141         return true;
2142
2143     // Case 3: Moving through the vacated square
2144     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2145         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2146       return true;
2147
2148     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2149     p = pos.piece_on(t1);
2150     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2151         return true;
2152
2153     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2154     if (    piece_is_slider(p)
2155         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2156         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2157     {
2158         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2159         // move is the opposite of the checking piece.
2160         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2161         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2162
2163         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2164             return true;
2165     }
2166     return false;
2167   }
2168
2169
2170   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2171   // eventually compensated for the ply.
2172
2173   bool value_is_mate(Value value) {
2174
2175     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2176
2177     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2178           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2179   }
2180
2181
2182   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2183   // killer moves of that ply.
2184
2185   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2186
2187       const Move* k = ss.killers;
2188       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2189           if (*k == m)
2190               return true;
2191
2192       return false;
2193   }
2194
2195
2196   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2197   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2198   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2199   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2200   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2201   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2202
2203   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2204                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2205
2206     assert(m != MOVE_NONE);
2207
2208     Depth result = Depth(0);
2209     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2210
2211     if (*dangerous)
2212     {
2213         if (moveIsCheck)
2214             result += CheckExtension[pvNode];
2215
2216         if (singleEvasion)
2217             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2218
2219         if (mateThreat)
2220             result += MateThreatExtension[pvNode];
2221     }
2222
2223     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2224     {
2225         Color c = pos.side_to_move();
2226         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2227         {
2228             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2229             *dangerous = true;
2230         }
2231         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2232         {
2233             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2234             *dangerous = true;
2235         }
2236     }
2237
2238     if (   captureOrPromotion
2239         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2240         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2241             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2242         && !move_is_promotion(m)
2243         && !move_is_ep(m))
2244     {
2245         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2246         *dangerous = true;
2247     }
2248
2249     if (   pvNode
2250         && captureOrPromotion
2251         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2252         && pos.see_sign(m) >= 0)
2253     {
2254         result += OnePly/2;
2255         *dangerous = true;
2256     }
2257
2258     return Min(result, OnePly);
2259   }
2260
2261
2262   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2263   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2264   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2265   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2266   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2267   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2268   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2269
2270   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2271
2272     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2273   }
2274
2275
2276   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2277   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2278   // candidates for pruning.
2279
2280   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2281
2282     assert(move_is_ok(m));
2283     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2284     assert(!pos.move_is_check(m));
2285     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2286     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2287
2288     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2289
2290     // Prune if there isn't any threat move
2291     if (threat == MOVE_NONE)
2292         return true;
2293
2294     mfrom = move_from(m);
2295     mto = move_to(m);
2296     tfrom = move_from(threat);
2297     tto = move_to(threat);
2298
2299     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2300     if (mfrom == tto)
2301         return false;
2302
2303     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2304     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2305     if (   pos.move_is_capture(threat)
2306         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2307             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2308         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2309         return false;
2310
2311     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2312     // prune safe moves which block its ray.
2313     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2314         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2315         && pos.see_sign(m) >= 0)
2316         return false;
2317
2318     return true;
2319   }
2320
2321
2322   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2323   // can be used at a given point in search.
2324
2325   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2326
2327     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2328
2329     return   (   tte->depth() >= depth
2330               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2331               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2332
2333           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2334               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2335   }
2336
2337
2338   // refine_eval() returns the transposition table score if
2339   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2340
2341   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2342
2343       if (!tte)
2344           return defaultEval;
2345
2346       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2347
2348       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2349           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2350           return v;
2351
2352       return defaultEval;
2353   }
2354
2355
2356   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2357   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2358
2359   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2360                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2361
2362     Move m;
2363
2364     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2365
2366     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2367     {
2368         m = movesSearched[i];
2369
2370         assert(m != move);
2371
2372         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2373             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2374     }
2375   }
2376
2377
2378   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2379   // among the killer moves of that ply.
2380
2381   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2382
2383     if (m == ss.killers[0])
2384         return;
2385
2386     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2387         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2388
2389     ss.killers[0] = m;
2390   }
2391
2392
2393   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2394   // the static position evaluation before and after the move.
2395
2396   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2397
2398     if (   m != MOVE_NULL
2399         && before != VALUE_NONE
2400         && after != VALUE_NONE
2401         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2402         && !move_is_castle(m)
2403         && !move_is_promotion(m))
2404         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2405   }
2406
2407
2408   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2409   // since the beginning of the current search.
2410
2411   int current_search_time() {
2412
2413     return get_system_time() - SearchStartTime;
2414   }
2415
2416
2417   // nps() computes the current nodes/second count.
2418
2419   int nps() {
2420
2421     int t = current_search_time();
2422     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2423   }
2424
2425
2426   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2427   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2428   // search.
2429
2430   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2431
2432     static int lastInfoTime;
2433     int t = current_search_time();
2434
2435     //  Poll for input
2436     if (Bioskey())
2437     {
2438         // We are line oriented, don't read single chars
2439         std::string command;
2440
2441         if (!std::getline(std::cin, command))
2442             command = "quit";
2443
2444         if (command == "quit")
2445         {
2446             AbortSearch = true;
2447             PonderSearch = false;
2448             Quit = true;
2449             return;
2450         }
2451         else if (command == "stop")
2452         {
2453             AbortSearch = true;
2454             PonderSearch = false;
2455         }
2456         else if (command == "ponderhit")
2457             ponderhit();
2458     }
2459
2460     // Print search information
2461     if (t < 1000)
2462         lastInfoTime = 0;
2463
2464     else if (lastInfoTime > t)
2465         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2466         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2467         lastInfoTime = 0;
2468
2469     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2470     {
2471         lastInfoTime = t;
2472
2473         if (dbg_show_mean)
2474             dbg_print_mean();
2475
2476         if (dbg_show_hit_rate)
2477             dbg_print_hit_rate();
2478
2479         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2480              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2481
2482         // We only support current line printing in single thread mode
2483         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2484         {
2485             cout << "info currline";
2486             for (int p = 0; p < ply; p++)
2487                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2488
2489             cout << endl;
2490         }
2491     }
2492
2493     // Should we stop the search?
2494     if (PonderSearch)
2495         return;
2496
2497     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2498                            && !AspirationFailLow
2499                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2500
2501     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2502                      || stillAtFirstMove;
2503
2504     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2505         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2506         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2507         AbortSearch = true;
2508   }
2509
2510
2511   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2512   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2513   // it correctly predicted the opponent's move.
2514
2515   void ponderhit() {
2516
2517     int t = current_search_time();
2518     PonderSearch = false;
2519
2520     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2521                            && !AspirationFailLow
2522                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2523
2524     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2525                      || stillAtFirstMove;
2526
2527     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2528         AbortSearch = true;
2529   }
2530
2531
2532   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2533
2534   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2535
2536     for (int i = 0; i < 3; i++)
2537     {
2538         ss[i].init(i);
2539         ss[i].initKillers();
2540     }
2541   }
2542
2543
2544   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2545   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2546   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2547   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2548   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2549   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2550
2551   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2552
2553     std::string command;
2554
2555     while (true)
2556     {
2557         if (!std::getline(std::cin, command))
2558             command = "quit";
2559
2560         if (command == "quit")
2561         {
2562             Quit = true;
2563             break;
2564         }
2565         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2566             break;
2567     }
2568   }
2569
2570
2571   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2572   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2573   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2574   // threads and one for Windows threads.
2575
2576 #if !defined(_MSC_VER)
2577
2578   void* init_thread(void *threadID) {
2579
2580     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2581     return NULL;
2582   }
2583
2584 #else
2585
2586   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2587
2588     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2589     return NULL;
2590   }
2591
2592 #endif
2593
2594
2595   /// The ThreadsManager class
2596
2597   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2598   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2599   // counters used to sort the moves at root.
2600
2601   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2602
2603     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2604         threads[i].nodes = 0ULL;
2605   }
2606
2607   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2608
2609     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2610         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2611   }
2612
2613   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2614
2615     int64_t result = 0ULL;
2616     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2617         result += threads[i].nodes;
2618
2619     return result;
2620   }
2621
2622   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2623
2624     our = their = 0UL;
2625     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2626     {
2627         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2628         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2629     }
2630   }
2631
2632
2633   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2634   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2635   // object for which the current thread is the master.
2636
2637   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2638
2639     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2640
2641     while (true)
2642     {
2643         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2644         // master should exit as last one.
2645         if (AllThreadsShouldExit)
2646         {
2647             assert(!waitSp);
2648             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2649             return;
2650         }
2651
2652         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2653         // instead of wasting CPU time polling for work.
2654         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2655         {
2656             assert(!waitSp);
2657             assert(threadID != 0);
2658             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2659
2660 #if !defined(_MSC_VER)
2661             pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2662             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2663                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2664             pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2665 #else
2666             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2667 #endif
2668         }
2669
2670         // If thread has just woken up, mark it as available
2671         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2672             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2673
2674         // If this thread has been assigned work, launch a search
2675         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2676         {
2677             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2678
2679             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2680
2681             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2682                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2683             else
2684                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2685
2686             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2687
2688             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2689         }
2690
2691         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2692         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2693         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2694         {
2695             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2696
2697             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2698             return;
2699         }
2700     }
2701   }
2702
2703
2704   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2705   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2706   // objects.
2707
2708   void ThreadsManager::init_threads() {
2709
2710     volatile int i;
2711     bool ok;
2712
2713 #if !defined(_MSC_VER)
2714     pthread_t pthread[1];
2715 #endif
2716
2717     // Initialize global locks
2718     lock_init(&MPLock, NULL);
2719
2720     // Initialize SplitPointStack locks
2721     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2722         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2723         {
2724             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2725             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2726         }
2727
2728 #if !defined(_MSC_VER)
2729     pthread_mutex_init(&WaitLock, NULL);
2730     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2731 #else
2732     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2733         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2734 #endif
2735
2736     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2737     AllThreadsShouldExit = false;
2738
2739     // Threads will be put to sleep as soon as created
2740     AllThreadsShouldSleep = true;
2741
2742     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2743     ActiveThreads = 1;
2744     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2745     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2746         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2747
2748     // Launch the helper threads
2749     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2750     {
2751
2752 #if !defined(_MSC_VER)
2753         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2754 #else
2755         DWORD iID[1];
2756         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, iID) != NULL);
2757 #endif
2758
2759         if (!ok)
2760         {
2761             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2762             Application::exit_with_failure();
2763         }
2764
2765         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2766         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2767     }
2768   }
2769
2770
2771   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2772   // helper threads exit cleanly.
2773
2774   void ThreadsManager::exit_threads() {
2775
2776     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2777     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2778     wake_sleeping_threads();
2779
2780     // This makes the threads to exit idle_loop()
2781     AllThreadsShouldExit = true;
2782
2783     // Wait for thread termination
2784     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2785         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2786
2787     // Now we can safely destroy the locks
2788     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2789         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2790             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2791   }
2792
2793
2794   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2795   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2796   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2797
2798   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2799
2800     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2801
2802     SplitPoint* sp;
2803
2804     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2805     return sp != NULL;
2806   }
2807
2808
2809   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2810   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2811   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2812   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2813   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2814   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2815   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2816
2817   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2818
2819     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2820     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2821     assert(ActiveThreads > 1);
2822
2823     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2824         return false;
2825
2826     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2827     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2828
2829     if (localActiveSplitPoints == 0)
2830         // No active split points means that the thread is available as
2831         // a slave for any other thread.
2832         return true;
2833
2834     if (ActiveThreads == 2)
2835         return true;
2836
2837     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2838     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2839     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2840     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2841         return true;
2842
2843     return false;
2844   }
2845
2846
2847   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2848   // a slave for the thread with threadID "master".
2849
2850   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2851
2852     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2853     assert(ActiveThreads > 1);
2854
2855     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2856         if (thread_is_available(i, master))
2857             return true;
2858
2859     return false;
2860   }
2861
2862
2863   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2864   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2865   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2866   // split point objects), the function immediately returns false. If
2867   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2868   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2869   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2870   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2871   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2872   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2873   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2874
2875   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2876              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2877              Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2878
2879     assert(p.is_ok());
2880     assert(sstck != NULL);
2881     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2882     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2883     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2884            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2885     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2886     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2887     assert(depth > Depth(0));
2888     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2889     assert(ActiveThreads > 1);
2890
2891     SplitPoint* splitPoint;
2892
2893     lock_grab(&MPLock);
2894
2895     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2896     // active split points, don't split.
2897     if (   !available_thread_exists(master)
2898         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2899     {
2900         lock_release(&MPLock);
2901         return false;
2902     }
2903
2904     // Pick the next available split point object from the split point stack
2905     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2906
2907     // Initialize the split point object
2908     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2909     splitPoint->stopRequest = false;
2910     splitPoint->ply = ply;
2911     splitPoint->depth = depth;
2912     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2913     splitPoint->beta = beta;
2914     splitPoint->pvNode = pvNode;
2915     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2916     splitPoint->master = master;
2917     splitPoint->mp = mp;
2918     splitPoint->moves = *moves;
2919     splitPoint->cpus = 1;
2920     splitPoint->pos = &p;
2921     splitPoint->parentSstack = sstck;
2922     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2923         splitPoint->slaves[i] = 0;
2924
2925     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2926     threads[master].activeSplitPoints++;
2927
2928     // If we are here it means we are not available
2929     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2930
2931     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2932     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2933         if (thread_is_available(i, master))
2934         {
2935             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2936             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2937             splitPoint->slaves[i] = 1;
2938             splitPoint->cpus++;
2939         }
2940
2941     assert(splitPoint->cpus > 1);
2942
2943     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2944     lock_release(&MPLock);
2945
2946     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2947     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2948     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2949         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2950         {
2951             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2952
2953             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2954
2955             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2956         }
2957
2958     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2959     // which it will instantly launch a search, because its state is
2960     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2961     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2962     // loop when all threads have finished their work at this split point
2963     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2964     idle_loop(master, splitPoint);
2965
2966     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2967     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2968     lock_grab(&MPLock);
2969
2970     if (pvNode)
2971         *alpha = splitPoint->alpha;
2972
2973     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2974     threads[master].activeSplitPoints--;
2975     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2976
2977     lock_release(&MPLock);
2978     return true;
2979   }
2980
2981
2982   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2983   // to start a new search from the root.
2984
2985   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
2986
2987     assert(AllThreadsShouldSleep);
2988     assert(ActiveThreads > 0);
2989
2990     AllThreadsShouldSleep = false;
2991
2992     if (ActiveThreads == 1)
2993         return;
2994
2995     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2996         assert(threads[i].state == THREAD_SLEEPING);
2997
2998 #if !defined(_MSC_VER)
2999     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3000     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3001     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3002 #else
3003     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3004         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3005 #endif
3006
3007   }
3008
3009
3010   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3011   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3012   // finished the job and should be idle.
3013
3014   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3015
3016     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3017
3018     // This makes the threads to go to sleep
3019     AllThreadsShouldSleep = true;
3020   }
3021
3022   /// The RootMoveList class
3023
3024   // RootMoveList c'tor
3025
3026   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3027
3028     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3029     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3030     StateInfo st;
3031     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3032
3033     // Generate all legal moves
3034     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3035
3036     // Add each move to the moves[] array
3037     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3038     {
3039         bool includeMove = includeAllMoves;
3040
3041         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3042             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3043
3044         if (!includeMove)
3045             continue;
3046
3047         // Find a quick score for the move
3048         init_ss_array(ss);
3049         pos.do_move(cur->move, st);
3050         moves[count].move = cur->move;
3051         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3052         moves[count].pv[0] = cur->move;
3053         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3054         pos.undo_move(cur->move);
3055         count++;
3056     }
3057     sort();
3058   }
3059
3060
3061   // RootMoveList simple methods definitions
3062
3063   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3064
3065     moves[moveNum].nodes = nodes;
3066     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3067   }
3068
3069   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3070
3071     moves[moveNum].ourBeta = our;
3072     moves[moveNum].theirBeta = their;
3073   }
3074
3075   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3076
3077     int j;
3078
3079     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3080         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3081
3082     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3083   }
3084
3085
3086   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3087   // iteration.
3088
3089   void RootMoveList::sort() {
3090
3091     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3092   }
3093
3094
3095   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3096   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3097   // correctly in MultiPV mode.
3098
3099   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3100
3101     int i,j;
3102
3103     for (i = 1; i <= n; i++)
3104     {
3105         RootMove rm = moves[i];
3106         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3107             moves[j] = moves[j - 1];
3108
3109         moves[j] = rm;
3110     }
3111   }
3112
3113 } // namspace