402433ac80fb40924600628c2e249728a053ff8f
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>
23 #include <iomanip>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26 #include <vector>
27 #include <algorithm>
28
29 #include "book.h"
30 #include "evaluate.h"
31 #include "history.h"
32 #include "misc.h"
33 #include "move.h"
34 #include "movegen.h"
35 #include "movepick.h"
36 #include "search.h"
37 #include "timeman.h"
38 #include "thread.h"
39 #include "tt.h"
40 #include "ucioption.h"
41
42 using std::cout;
43 using std::endl;
44 using std::string;
45
46 namespace {
47
48   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
49   const bool FakeSplit = false;
50
51   // Different node types, used as template parameter
52   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
53
54   // RootMove struct is used for moves at the root of the tree. For each root
55   // move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
56   // in the case of moves which fail low). Score is normally set at
57   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves.
58   struct RootMove {
59
60     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
61     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
62     // than a move m2 if it has an higher score
63     bool operator<(const RootMove& m) const { return score < m.score; }
64
65     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
66     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
67
68     int64_t nodes;
69     Value score;
70     Value prevScore;
71     std::vector<Move> pv;
72   };
73
74   // RootMoveList struct is mainly a std::vector of RootMove objects
75   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
76
77     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
78     RootMove* find(const Move& m, int startIndex = 0);
79
80     int bestMoveChanges;
81   };
82
83
84   /// Constants
85
86   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
87   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
88   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
89
90   // Step 6. Razoring
91
92   // Maximum depth for razoring
93   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
94
95   // Dynamic razoring margin based on depth
96   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
97
98   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
99   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
100
101   // Step 9. Internal iterative deepening
102
103   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
104   const Depth IIDDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 5 * ONE_PLY };
105
106   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
107   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
108   const Value IIDMargin = Value(0x100);
109
110   // Step 11. Decide the new search depth
111
112   // Extensions. Array index 0 is used for non-PV nodes, index 1 for PV nodes
113   const Depth CheckExtension[]         = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 1 };
114   const Depth PawnEndgameExtension[]   = { ONE_PLY / 1, ONE_PLY / 1 };
115   const Depth PawnPushTo7thExtension[] = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 2 };
116   const Depth PassedPawnExtension[]    = {  DEPTH_ZERO, ONE_PLY / 2 };
117
118   // Minimum depth for use of singular extension
119   const Depth SingularExtensionDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 6 * ONE_PLY };
120
121   // Step 12. Futility pruning
122
123   // Futility margin for quiescence search
124   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
125
126   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
127   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
128   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
129
130   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
131
132     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
133                            : 2 * VALUE_INFINITE;
134   }
135
136   inline int futility_move_count(Depth d) {
137
138     return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCounts[d] : MAX_MOVES;
139   }
140
141   // Step 14. Reduced search
142
143   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
144   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
145
146   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
147
148     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
149   }
150
151   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
152   // better than the second best move.
153   const Value EasyMoveMargin = Value(0x150);
154
155
156   /// Namespace variables
157
158   // Root move list
159   RootMoveList Rml;
160
161   // MultiPV mode
162   int MultiPV, UCIMultiPV, MultiPVIdx;
163
164   // Time management variables
165   volatile bool StopOnPonderhit, FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
166   TimeManager TimeMgr;
167   SearchLimits Limits;
168
169   // Skill level adjustment
170   int SkillLevel;
171   bool SkillLevelEnabled;
172
173   // History table
174   History H;
175
176
177   /// Local functions
178
179   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
180
181   template <NodeType NT>
182   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
183
184   template <NodeType NT>
185   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
186
187   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
188   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
189   Value value_to_tt(Value v, int ply);
190   Value value_from_tt(Value v, int ply);
191   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
192   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
193   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
194   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
195   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder);
196
197   int elapsed_search_time(int set = 0);
198   string score_to_uci(Value v, Value alpha = -VALUE_INFINITE, Value beta = VALUE_INFINITE);
199   string speed_to_uci(int64_t nodes);
200   string pv_to_uci(const Move pv[], int pvNum, bool chess960);
201   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value score, int time, Move pv[]);
202   string depth_to_uci(Depth depth);
203   void wait_for_stop_or_ponderhit();
204
205   // MovePickerExt template class extends MovePicker and allows to choose at compile
206   // time the proper moves source according to the type of node. In the default case
207   // we simply create and use a standard MovePicker object.
208   template<bool SpNode> struct MovePickerExt : public MovePicker {
209
210     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
211                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
212   };
213
214   // In case of a SpNode we use split point's shared MovePicker object as moves source
215   template<> struct MovePickerExt<true> : public MovePicker {
216
217     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
218                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
219
220     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
221     MovePicker* mp;
222   };
223
224   // Overload operator<<() to make it easier to print moves in a coordinate
225   // notation compatible with UCI protocol.
226   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
227
228     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
229     return os << move_to_uci(m, chess960);
230   }
231
232   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
233   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
234   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
235   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
236   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
237   // operator<<() that will read it to properly format castling moves.
238   enum set960 {};
239
240   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
241
242     os.iword(0) = int(f);
243     return os;
244   }
245
246   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
247   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
248   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
249   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
250   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
251   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
252   template <bool PvNode>
253   FORCE_INLINE Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
254                                bool moveIsCheck, bool* dangerous) {
255     assert(m != MOVE_NONE);
256
257     Depth result = DEPTH_ZERO;
258     *dangerous = moveIsCheck;
259
260     if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
261         result += CheckExtension[PvNode];
262
263     if (type_of(pos.piece_on(move_from(m))) == PAWN)
264     {
265         Color c = pos.side_to_move();
266         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
267         {
268             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
269             *dangerous = true;
270         }
271         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
272         {
273             result += PassedPawnExtension[PvNode];
274             *dangerous = true;
275         }
276     }
277
278     if (   captureOrPromotion
279         && type_of(pos.piece_on(move_to(m))) != PAWN
280         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
281             - PieceValueMidgame[pos.piece_on(move_to(m))] == VALUE_ZERO)
282         && !is_special(m))
283     {
284         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
285         *dangerous = true;
286     }
287
288     return std::min(result, ONE_PLY);
289   }
290
291 } // namespace
292
293
294 /// init_search() is called during startup to initialize various lookup tables
295
296 void init_search() {
297
298   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
299   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
300   int mc; // moveCount
301
302   // Init reductions array
303   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
304   {
305       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
306       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
307       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
308       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
309   }
310
311   // Init futility margins array
312   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
313       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
314
315   // Init futility move count array
316   for (d = 0; d < 32; d++)
317       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
318 }
319
320
321 /// perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up to
322 /// the given depth are generated and counted and the sum returned.
323
324 int64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
325
326   StateInfo st;
327   int64_t sum = 0;
328
329   // Generate all legal moves
330   MoveList<MV_LEGAL> ml(pos);
331
332   // If we are at the last ply we don't need to do and undo
333   // the moves, just to count them.
334   if (depth <= ONE_PLY)
335       return ml.size();
336
337   // Loop through all legal moves
338   CheckInfo ci(pos);
339   for ( ; !ml.end(); ++ml)
340   {
341       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
342       sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
343       pos.undo_move(ml.move());
344   }
345   return sum;
346 }
347
348
349 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
350 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various global
351 /// variables, and calls id_loop(). It returns false when a "quit" command is
352 /// received during the search.
353
354 bool think(Position& pos, const SearchLimits& limits, Move searchMoves[]) {
355
356   static Book book; // Defined static to initialize the PRNG only once
357
358   // Save "search start" time and reset elapsed time to zero
359   elapsed_search_time(get_system_time());
360
361   // Initialize global search-related variables
362   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = false;
363   Limits = limits;
364
365   // Set output stream mode: normal or chess960. Castling notation is different
366   cout << set960(pos.is_chess960());
367
368   // Look for a book move
369   if (Options["OwnBook"].value<bool>())
370   {
371       if (Options["Book File"].value<string>() != book.name())
372           book.open(Options["Book File"].value<string>());
373
374       Move bookMove = book.probe(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
375       if (bookMove != MOVE_NONE)
376       {
377           if (Limits.ponder)
378               wait_for_stop_or_ponderhit();
379
380           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
381           return !QuitRequest;
382       }
383   }
384
385   // Read UCI options: GUI could change UCI parameters during the game
386   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
387   Threads.read_uci_options();
388
389   // Set a new TT size if changed
390   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
391
392   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
393   {
394       Options["Clear Hash"].set_value("false");
395       TT.clear();
396   }
397
398   UCIMultiPV = Options["MultiPV"].value<int>();
399   SkillLevel = Options["Skill Level"].value<int>();
400
401   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
402   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
403   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
404   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? std::max(UCIMultiPV, 4) : UCIMultiPV);
405
406   // Write current search header to log file
407   if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
408   {
409       Log log(Options["Search Log Filename"].value<string>());
410       log << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
411           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
412           << " ponder: "      << Limits.ponder
413           << " time: "        << Limits.time
414           << " increment: "   << Limits.increment
415           << " moves to go: " << Limits.movesToGo
416           << endl;
417   }
418
419   // Wake up needed threads and reset maxPly counter
420   for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
421   {
422       Threads[i].maxPly = 0;
423       Threads[i].wake_up();
424   }
425
426   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
427   // used to check for remaining available thinking time.
428    TimeMgr.init(Limits, pos.startpos_ply_counter());
429
430   if (TimeMgr.available_time())
431       Threads.set_timer(std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 8, 20)));
432   else
433       Threads.set_timer(100);
434
435   // Start async mode to catch UCI commands sent to us while searching,
436   // like "quit", "stop", etc.
437   Threads.start_listener();
438
439   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
440   Move ponderMove = MOVE_NONE;
441   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
442
443   // From now on any UCI command will be read in-sync with Threads.getline()
444   Threads.stop_listener();
445
446   // Stop timer, no need to check for available time any more
447   Threads.set_timer(0);
448
449   // This makes all the slave threads to go to sleep, if not already sleeping
450   Threads.set_size(1);
451
452   // Write current search final statistics to log file
453   if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
454   {
455       int e = elapsed_search_time();
456
457       Log log(Options["Search Log Filename"].value<string>());
458       log << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
459           << "\nNodes/second: " << (e > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / e : 0)
460           << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
461
462       StateInfo st;
463       pos.do_move(bestMove, st);
464       log << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
465       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
466   }
467
468   // When we reach max depth we arrive here even without a StopRequest, but if
469   // we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the best move
470   // before we are told to do so.
471   if (!StopRequest && (Limits.ponder || Limits.infinite))
472       wait_for_stop_or_ponderhit();
473
474   // Could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
475   cout << "bestmove " << bestMove;
476
477   // UCI protol is not clear on allowing sending an empty ponder move, instead
478   // it is clear that ponder move is optional. So skip it if empty.
479   if (ponderMove != MOVE_NONE)
480       cout << " ponder " << ponderMove;
481
482   cout << endl;
483
484   return !QuitRequest;
485 }
486
487
488 namespace {
489
490   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
491   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
492   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
493
494   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
495
496     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
497     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
498     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
499     int depth, aspirationDelta;
500     Value bestValue, alpha, beta;
501     Move bestMove, skillBest, skillPonder;
502     bool bestMoveNeverChanged = true;
503
504     // Initialize stuff before a new search
505     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
506     TT.new_search();
507     H.clear();
508     *ponderMove = bestMove = skillBest = skillPonder = MOVE_NONE;
509     depth = aspirationDelta = 0;
510     bestValue = alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
511     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
512
513     // Moves to search are verified and copied
514     Rml.init(pos, searchMoves);
515
516     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
517     if (!Rml.size())
518     {
519         cout << "info" << depth_to_uci(DEPTH_ZERO)
520              << score_to_uci(pos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW, alpha, beta) << endl;
521
522         return MOVE_NONE;
523     }
524
525     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
526     while (!StopRequest && ++depth <= PLY_MAX && (!Limits.maxDepth || depth <= Limits.maxDepth))
527     {
528         // Save now last iteration's scores, before Rml moves are reordered
529         for (size_t i = 0; i < Rml.size(); i++)
530             Rml[i].prevScore = Rml[i].score;
531
532         Rml.bestMoveChanges = 0;
533
534         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
535         for (MultiPVIdx = 0; MultiPVIdx < std::min(MultiPV, (int)Rml.size()); MultiPVIdx++)
536         {
537             // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
538             if (depth >= 5 && abs(Rml[MultiPVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
539             {
540                 int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
541                 int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
542
543                 aspirationDelta = std::min(std::max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
544                 aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
545
546                 alpha = std::max(Rml[MultiPVIdx].prevScore - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
547                 beta  = std::min(Rml[MultiPVIdx].prevScore + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
548             }
549             else
550             {
551                 alpha = -VALUE_INFINITE;
552                 beta  =  VALUE_INFINITE;
553             }
554
555             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
556             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
557             do {
558                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
559                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
560                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
561
562                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
563                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
564                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
565                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
566                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
567                 // the already searched PV lines are preserved.
568                 sort<RootMove>(Rml.begin() + MultiPVIdx, Rml.end());
569
570                 // In case we have found an exact score and we are going to leave
571                 // the fail high/low loop then reorder the PV moves, otherwise
572                 // leave the last PV move in its position so to be searched again.
573                 // Of course this is needed only in MultiPV search.
574                 if (MultiPVIdx && bestValue > alpha && bestValue < beta)
575                     sort<RootMove>(Rml.begin(), Rml.begin() + MultiPVIdx);
576
577                 // Write PV back to transposition table in case the relevant entries
578                 // have been overwritten during the search.
579                 for (int i = 0; i <= MultiPVIdx; i++)
580                     Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
581
582                 // If search has been stopped exit the aspiration window loop,
583                 // note that sorting and writing PV back to TT is safe becuase
584                 // Rml is still valid, although refers to the previous iteration.
585                 if (StopRequest)
586                     break;
587
588                 // Send full PV info to GUI if we are going to leave the loop or
589                 // if we have a fail high/low and we are deep in the search. UCI
590                 // protocol requires to send all the PV lines also if are still
591                 // to be searched and so refer to the previous search's score.
592                 if ((bestValue > alpha && bestValue < beta) || elapsed_search_time() > 2000)
593                     for (int i = 0; i < std::min(UCIMultiPV, (int)Rml.size()); i++)
594                     {
595                         bool updated = (i <= MultiPVIdx);
596
597                         if (depth == 1 && !updated)
598                             continue;
599
600                         Depth d = (updated ? depth : depth - 1) * ONE_PLY;
601                         Value s = (updated ? Rml[i].score : Rml[i].prevScore);
602
603                         cout << "info"
604                              << depth_to_uci(d)
605                              << (i == MultiPVIdx ? score_to_uci(s, alpha, beta) : score_to_uci(s))
606                              << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
607                              << pv_to_uci(&Rml[i].pv[0], i + 1, pos.is_chess960())
608                              << endl;
609                     }
610
611                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
612                 // research, otherwise exit the fail high/low loop.
613                 if (bestValue >= beta)
614                 {
615                     beta = std::min(beta + aspirationDelta, VALUE_INFINITE);
616                     aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
617                 }
618                 else if (bestValue <= alpha)
619                 {
620                     AspirationFailLow = true;
621                     StopOnPonderhit = false;
622
623                     alpha = std::max(alpha - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
624                     aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
625                 }
626                 else
627                     break;
628
629             } while (abs(bestValue) < VALUE_KNOWN_WIN);
630         }
631
632         // Collect info about search result
633         bestMove = Rml[0].pv[0];
634         *ponderMove = Rml[0].pv[1];
635         bestValues[depth] = bestValue;
636         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
637
638         // Skills: Do we need to pick now the best and the ponder moves ?
639         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
640             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
641
642         if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
643         {
644             Log log(Options["Search Log Filename"].value<string>());
645             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, elapsed_search_time(), &Rml[0].pv[0]) << endl;
646         }
647
648         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
649         if (depth > 2 && bestMoveChanges[depth])
650             bestMoveNeverChanged = false;
651
652         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
653         if (!StopRequest && !StopOnPonderhit && Limits.useTimeManagement())
654         {
655             // Take in account some extra time if the best move has changed
656             if (depth > 4 && depth < 50)
657                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth - 1]);
658
659             // Stop search if most of available time is already consumed. We probably don't
660             // have enough time to search the first move at the next iteration anyway.
661             if (elapsed_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
662                 StopRequest = true;
663
664             // Stop search early if one move seems to be much better than others
665             if (   depth >= 10
666                 && !StopRequest
667                 && (   bestMoveNeverChanged
668                     || elapsed_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
669             {
670                 Value rBeta = bestValue - EasyMoveMargin;
671                 (ss+1)->excludedMove = bestMove;
672                 (ss+1)->skipNullMove = true;
673                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth * ONE_PLY) / 2);
674                 (ss+1)->skipNullMove = false;
675                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
676
677                 if (v < rBeta)
678                     StopRequest = true;
679             }
680
681             // If we are allowed to ponder do not stop the search now but keep pondering
682             if (StopRequest && Limits.ponder) // FIXME Limits.ponder is racy
683             {
684                 StopRequest = false;
685                 StopOnPonderhit = true;
686             }
687         }
688     }
689
690     // When using skills overwrite best and ponder moves with the sub-optimal ones
691     if (SkillLevelEnabled)
692     {
693         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
694             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
695
696         bestMove = skillBest;
697         *ponderMove = skillPonder;
698     }
699
700     return bestMove;
701   }
702
703
704   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
705   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
706   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
707   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
708   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
709   // here: This is taken care of after we return from the split point.
710
711   template <NodeType NT>
712   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
713
714     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
715     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
716     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
717
718     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
719     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
720     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
721     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
722
723     Move movesSearched[MAX_MOVES];
724     int64_t nodes;
725     StateInfo st;
726     const TTEntry *tte;
727     Key posKey;
728     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
729     Depth ext, newDepth;
730     ValueType vt;
731     Value bestValue, value, oldAlpha;
732     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValue;
733     bool isPvMove, inCheck, singularExtensionNode, givesCheck;
734     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
735     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
736     Thread& thread = Threads[pos.thread()];
737     SplitPoint* sp = NULL;
738
739     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
740     oldAlpha = alpha;
741     inCheck = pos.in_check();
742     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
743
744     // Used to send selDepth info to GUI
745     if (PvNode && thread.maxPly < ss->ply)
746         thread.maxPly = ss->ply;
747
748     // Step 1. Initialize node
749     if (!SpNode)
750     {
751         ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
752         (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
753         (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
754     }
755     else
756     {
757         sp = ss->sp;
758         tte = NULL;
759         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
760         threatMove = sp->threatMove;
761         goto split_point_start;
762     }
763
764     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
765     if ((   StopRequest
766          || pos.is_draw<false>()
767          || ss->ply > PLY_MAX) && !RootNode)
768         return VALUE_DRAW;
769
770     // Step 3. Mate distance pruning
771     if (!RootNode)
772     {
773         alpha = std::max(value_mated_in(ss->ply), alpha);
774         beta = std::min(value_mate_in(ss->ply+1), beta);
775         if (alpha >= beta)
776             return alpha;
777     }
778
779     // Step 4. Transposition table lookup
780     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
781     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
782     excludedMove = ss->excludedMove;
783     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
784     tte = TT.probe(posKey);
785     ttMove = RootNode ? Rml[MultiPVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
786
787     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
788     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
789     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
790     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
791     if (!RootNode && tte && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
792                                     : can_return_tt(tte, depth, beta, ss->ply)))
793     {
794         TT.refresh(tte);
795         ss->bestMove = move = ttMove; // Can be MOVE_NONE
796         value = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
797
798         if (   value >= beta
799             && move
800             && !pos.is_capture_or_promotion(move)
801             && move != ss->killers[0])
802         {
803             ss->killers[1] = ss->killers[0];
804             ss->killers[0] = move;
805         }
806         return value;
807     }
808
809     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
810     if (inCheck)
811         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
812     else if (tte)
813     {
814         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
815
816         ss->eval = tte->static_value();
817         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
818         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ss->ply);
819     }
820     else
821     {
822         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
823         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
824     }
825
826     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
827     // evaluation before and after the move.
828     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
829         && (ss-1)->eval != VALUE_NONE
830         && ss->eval != VALUE_NONE
831         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
832         && !is_special(move))
833     {
834         Square to = move_to(move);
835         H.update_gain(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->eval - ss->eval);
836     }
837
838     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
839     if (   !PvNode
840         &&  depth < RazorDepth
841         && !inCheck
842         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
843         &&  ttMove == MOVE_NONE
844         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
845         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
846     {
847         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
848         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
849         if (v < rbeta)
850             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
851             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
852             return v;
853     }
854
855     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
856     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
857     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
858     if (   !PvNode
859         && !ss->skipNullMove
860         &&  depth < RazorDepth
861         && !inCheck
862         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
863         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
864         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
865         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
866
867     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
868     if (   !PvNode
869         && !ss->skipNullMove
870         &&  depth > ONE_PLY
871         && !inCheck
872         &&  refinedValue >= beta
873         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
874         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
875     {
876         ss->currentMove = MOVE_NULL;
877
878         // Null move dynamic reduction based on depth
879         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
880
881         // Null move dynamic reduction based on value
882         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
883             R++;
884
885         pos.do_null_move<true>(st);
886         (ss+1)->skipNullMove = true;
887         nullValue = depth-R*ONE_PLY < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
888                                               : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY);
889         (ss+1)->skipNullMove = false;
890         pos.do_null_move<false>(st);
891
892         if (nullValue >= beta)
893         {
894             // Do not return unproven mate scores
895             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
896                 nullValue = beta;
897
898             if (depth < 6 * ONE_PLY)
899                 return nullValue;
900
901             // Do verification search at high depths
902             ss->skipNullMove = true;
903             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY);
904             ss->skipNullMove = false;
905
906             if (v >= beta)
907                 return nullValue;
908         }
909         else
910         {
911             // The null move failed low, which means that we may be faced with
912             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
913             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
914             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
915             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
916             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
917             threatMove = (ss+1)->bestMove;
918
919             if (   depth < ThreatDepth
920                 && (ss-1)->reduction
921                 && threatMove != MOVE_NONE
922                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
923                 return beta - 1;
924         }
925     }
926
927     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
928     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
929     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
930     // prune the previous move.
931     if (   !PvNode
932         &&  depth >= RazorDepth + ONE_PLY
933         && !inCheck
934         && !ss->skipNullMove
935         &&  excludedMove == MOVE_NONE
936         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
937     {
938         Value rbeta = beta + 200;
939         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
940
941         assert(rdepth >= ONE_PLY);
942
943         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
944         CheckInfo ci(pos);
945
946         while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
947             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
948             {
949                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
950                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
951                 pos.undo_move(move);
952                 if (value >= rbeta)
953                     return value;
954             }
955     }
956
957     // Step 10. Internal iterative deepening
958     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
959         && ttMove == MOVE_NONE
960         && (PvNode || (!inCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
961     {
962         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
963
964         ss->skipNullMove = true;
965         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
966         ss->skipNullMove = false;
967
968         tte = TT.probe(posKey);
969         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
970     }
971
972 split_point_start: // At split points actual search starts from here
973
974     // Initialize a MovePicker object for the current position
975     MovePickerExt<SpNode> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
976     CheckInfo ci(pos);
977     ss->bestMove = MOVE_NONE;
978     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
979     singularExtensionNode =   !RootNode
980                            && !SpNode
981                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
982                            && ttMove != MOVE_NONE
983                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
984                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
985                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
986     if (SpNode)
987     {
988         lock_grab(&(sp->lock));
989         bestValue = sp->bestValue;
990     }
991
992     // Step 11. Loop through moves
993     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
994     while (   bestValue < beta
995            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
996            && !thread.cutoff_occurred())
997     {
998       assert(is_ok(move));
999
1000       if (move == excludedMove)
1001           continue;
1002
1003       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
1004       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
1005       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
1006       if (RootNode && !Rml.find(move, MultiPVIdx))
1007           continue;
1008
1009       // At PV and SpNode nodes we want all moves to be legal since the beginning
1010       if ((PvNode || SpNode) && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1011           continue;
1012
1013       if (SpNode)
1014       {
1015           moveCount = ++sp->moveCount;
1016           lock_release(&(sp->lock));
1017       }
1018       else
1019           moveCount++;
1020
1021       if (RootNode)
1022       {
1023           // This is used by time management
1024           FirstRootMove = (moveCount == 1);
1025
1026           // Save the current node count before the move is searched
1027           nodes = pos.nodes_searched();
1028
1029           // For long searches send current move info to GUI
1030           if (pos.thread() == 0 && elapsed_search_time() > 2000)
1031               cout << "info" << depth_to_uci(depth)
1032                    << " currmove " << move
1033                    << " currmovenumber " << moveCount + MultiPVIdx << endl;
1034       }
1035
1036       isPvMove = (PvNode && moveCount <= 1);
1037       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1038       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
1039
1040       // Step 12. Decide the new search depth
1041       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, givesCheck, &dangerous);
1042
1043       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
1044       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
1045       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
1046       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
1047       // a margin then we extend ttMove.
1048       if (   singularExtensionNode
1049           && move == ttMove
1050           && pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
1051           && ext < ONE_PLY)
1052       {
1053           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1054
1055           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1056           {
1057               Value rBeta = ttValue - int(depth);
1058               ss->excludedMove = move;
1059               ss->skipNullMove = true;
1060               value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
1061               ss->skipNullMove = false;
1062               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1063               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1064               if (value < rBeta)
1065                   ext = ONE_PLY;
1066           }
1067       }
1068
1069       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1070       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1071
1072       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1073       if (   !PvNode
1074           && !captureOrPromotion
1075           && !inCheck
1076           && !dangerous
1077           &&  move != ttMove
1078           && !is_castle(move))
1079       {
1080           // Move count based pruning
1081           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1082               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove))
1083               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX) // FIXME bestValue is racy
1084           {
1085               if (SpNode)
1086                   lock_grab(&(sp->lock));
1087
1088               continue;
1089           }
1090
1091           // Value based pruning
1092           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1093           // but fixing this made program slightly weaker.
1094           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1095           futilityValue =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1096                          + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1097
1098           if (futilityValue < beta)
1099           {
1100               if (SpNode)
1101               {
1102                   lock_grab(&(sp->lock));
1103                   if (futilityValue > sp->bestValue)
1104                       sp->bestValue = bestValue = futilityValue;
1105               }
1106               else if (futilityValue > bestValue)
1107                   bestValue = futilityValue;
1108
1109               continue;
1110           }
1111
1112           // Prune moves with negative SEE at low depths
1113           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1114               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1115               && pos.see_sign(move) < 0)
1116           {
1117               if (SpNode)
1118                   lock_grab(&(sp->lock));
1119
1120               continue;
1121           }
1122       }
1123
1124       // Check for legality only before to do the move
1125       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1126       {
1127           moveCount--;
1128           continue;
1129       }
1130
1131       ss->currentMove = move;
1132       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1133           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1134
1135       // Step 14. Make the move
1136       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1137
1138       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
1139       // re-searched at full depth.
1140       if (   depth > 3 * ONE_PLY
1141           && !isPvMove
1142           && !captureOrPromotion
1143           && !dangerous
1144           && !is_castle(move)
1145           &&  ss->killers[0] != move
1146           &&  ss->killers[1] != move)
1147       {
1148           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1149           Depth d = newDepth - ss->reduction;
1150           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1151
1152           value = d < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1153                               : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
1154
1155           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
1156           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
1157       }
1158       else
1159           doFullDepthSearch = !isPvMove;
1160
1161       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1162       if (doFullDepthSearch)
1163       {
1164           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1165           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1166                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
1167       }
1168
1169       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
1170       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
1171       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
1172       if (PvNode && (isPvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1173           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1174                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1175
1176       // Step 17. Undo move
1177       pos.undo_move(move);
1178
1179       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1180
1181       // Step 18. Check for new best move
1182       if (SpNode)
1183       {
1184           lock_grab(&(sp->lock));
1185           bestValue = sp->bestValue;
1186           alpha = sp->alpha;
1187       }
1188
1189       // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1190       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1191       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1192       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1193       if (RootNode && !StopRequest)
1194       {
1195           // Remember searched nodes counts for this move
1196           RootMove* rm = Rml.find(move);
1197           rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1198
1199           // PV move or new best move ?
1200           if (isPvMove || value > alpha)
1201           {
1202               // Update PV
1203               rm->score = value;
1204               rm->extract_pv_from_tt(pos);
1205
1206               // We record how often the best move has been changed in each
1207               // iteration. This information is used for time management: When
1208               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1209               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1210                   Rml.bestMoveChanges++;
1211           }
1212           else
1213               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1214               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1215               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1216               rm->score = -VALUE_INFINITE;
1217
1218       } // RootNode
1219
1220       if (value > bestValue)
1221       {
1222           bestValue = value;
1223           ss->bestMove = move;
1224
1225           if (   PvNode
1226               && value > alpha
1227               && value < beta) // We want always alpha < beta
1228               alpha = value;
1229
1230           if (SpNode && !thread.cutoff_occurred())
1231           {
1232               sp->bestValue = value;
1233               sp->ss->bestMove = move;
1234               sp->alpha = alpha;
1235               sp->is_betaCutoff = (value >= beta);
1236           }
1237       }
1238
1239       // Step 19. Check for split
1240       if (   !SpNode
1241           && depth >= Threads.min_split_depth()
1242           && bestValue < beta
1243           && Threads.available_slave_exists(pos.thread())
1244           && !StopRequest
1245           && !thread.cutoff_occurred())
1246           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, depth,
1247                                                threatMove, moveCount, &mp, NT);
1248     }
1249
1250     // Step 20. Check for mate and stalemate
1251     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1252     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1253     // case of StopRequest or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1254     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1255     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1256     if (!SpNode && !moveCount)
1257         return excludedMove ? oldAlpha : inCheck ? value_mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1258
1259     // Step 21. Update tables
1260     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1261     // history counters, and killer moves.
1262     if (!SpNode && !StopRequest && !thread.cutoff_occurred())
1263     {
1264         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1265         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1266              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1267
1268         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1269
1270         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1271         if (    bestValue >= beta
1272             && !pos.is_capture_or_promotion(move))
1273         {
1274             if (move != ss->killers[0])
1275             {
1276                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1277                 ss->killers[0] = move;
1278             }
1279             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1280         }
1281     }
1282
1283     if (SpNode)
1284     {
1285         // Here we have the lock still grabbed
1286         sp->is_slave[pos.thread()] = false;
1287         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1288         lock_release(&(sp->lock));
1289     }
1290
1291     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1292
1293     return bestValue;
1294   }
1295
1296   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1297   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1298   // less than ONE_PLY).
1299
1300   template <NodeType NT>
1301   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1302
1303     const bool PvNode = (NT == PV);
1304
1305     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1306     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1307     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1308     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1309     assert(depth <= 0);
1310     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
1311
1312     StateInfo st;
1313     Move ttMove, move;
1314     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1315     bool inCheck, enoughMaterial, givesCheck, evasionPrunable;
1316     const TTEntry* tte;
1317     Depth ttDepth;
1318     ValueType vt;
1319     Value oldAlpha = alpha;
1320
1321     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1322     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1323
1324     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1325     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > PLY_MAX)
1326         return VALUE_DRAW;
1327
1328     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1329     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1330     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1331     inCheck = pos.in_check();
1332     ttDepth = (inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1333
1334     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1335     // pruning, but only for move ordering.
1336     tte = TT.probe(pos.get_key());
1337     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1338
1339     if (!PvNode && tte && can_return_tt(tte, ttDepth, beta, ss->ply))
1340     {
1341         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1342         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1343     }
1344
1345     // Evaluate the position statically
1346     if (inCheck)
1347     {
1348         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1349         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1350         enoughMaterial = false;
1351     }
1352     else
1353     {
1354         if (tte)
1355         {
1356             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1357
1358             evalMargin = tte->static_value_margin();
1359             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1360         }
1361         else
1362             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1363
1364         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1365         if (bestValue >= beta)
1366         {
1367             if (!tte)
1368                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1369
1370             return bestValue;
1371         }
1372
1373         if (PvNode && bestValue > alpha)
1374             alpha = bestValue;
1375
1376         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1377         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1378         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1379     }
1380
1381     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1382     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1383     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1384     // be generated.
1385     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, move_to((ss-1)->currentMove));
1386     CheckInfo ci(pos);
1387
1388     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1389     while (   bestValue < beta
1390            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1391     {
1392       assert(is_ok(move));
1393
1394       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1395
1396       // Futility pruning
1397       if (   !PvNode
1398           && !inCheck
1399           && !givesCheck
1400           &&  move != ttMove
1401           &&  enoughMaterial
1402           && !is_promotion(move)
1403           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1404       {
1405           futilityValue =  futilityBase
1406                          + PieceValueEndgame[pos.piece_on(move_to(move))]
1407                          + (is_enpassant(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1408
1409           if (futilityValue < beta)
1410           {
1411               if (futilityValue > bestValue)
1412                   bestValue = futilityValue;
1413
1414               continue;
1415           }
1416
1417           // Prune moves with negative or equal SEE
1418           if (   futilityBase < beta
1419               && depth < DEPTH_ZERO
1420               && pos.see(move) <= 0)
1421               continue;
1422       }
1423
1424       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1425       evasionPrunable =   !PvNode
1426                        && inCheck
1427                        && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1428                        && !pos.is_capture(move)
1429                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1430
1431       // Don't search moves with negative SEE values
1432       if (   !PvNode
1433           && (!inCheck || evasionPrunable)
1434           &&  move != ttMove
1435           && !is_promotion(move)
1436           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1437           continue;
1438
1439       // Don't search useless checks
1440       if (   !PvNode
1441           && !inCheck
1442           &&  givesCheck
1443           &&  move != ttMove
1444           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1445           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1446           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1447       {
1448           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1449               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1450
1451           continue;
1452       }
1453
1454       // Check for legality only before to do the move
1455       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1456           continue;
1457
1458       // Update current move
1459       ss->currentMove = move;
1460
1461       // Make and search the move
1462       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1463       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1464       pos.undo_move(move);
1465
1466       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1467
1468       // New best move?
1469       if (value > bestValue)
1470       {
1471           bestValue = value;
1472           ss->bestMove = move;
1473
1474           if (   PvNode
1475               && value > alpha
1476               && value < beta) // We want always alpha < beta
1477               alpha = value;
1478        }
1479     }
1480
1481     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1482     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1483     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1484         return value_mated_in(ss->ply);
1485
1486     // Update transposition table
1487     move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1488     vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1489          : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1490
1491     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, ttDepth, move, ss->eval, evalMargin);
1492
1493     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1494
1495     return bestValue;
1496   }
1497
1498
1499   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1500   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1501   // will be pruned.
1502
1503   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1504   {
1505     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1506     Square from, to, ksq, victimSq;
1507     Piece pc;
1508     Color them;
1509     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1510
1511     from = move_from(move);
1512     to = move_to(move);
1513     them = flip(pos.side_to_move());
1514     ksq = pos.king_square(them);
1515     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1516     pc = pos.piece_on(from);
1517
1518     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1519     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1520     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1521
1522     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1523     b = kingAtt & ~pos.pieces(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1524
1525     if (!(b && (b & (b - 1))))
1526         return true;
1527
1528     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1529     if (   type_of(pc) == QUEEN
1530         && bit_is_set(kingAtt, to))
1531         return true;
1532
1533     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1534     b = pos.pieces(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1535
1536     while (b)
1537     {
1538         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1539         futilityValue = futilityBase + PieceValueEndgame[pos.piece_on(victimSq)];
1540
1541         // Note that here we generate illegal "double move"!
1542         if (   futilityValue >= beta
1543             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1544             return true;
1545
1546         if (futilityValue > bv)
1547             bv = futilityValue;
1548     }
1549
1550     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1551     *bestValue = bv;
1552     return false;
1553   }
1554
1555
1556   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1557   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1558   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1559   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1560   // second move is assumed to be a move from the current position.
1561
1562   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1563
1564     Square f1, t1, f2, t2;
1565     Piece p1, p2;
1566     Square ksq;
1567
1568     assert(is_ok(m1));
1569     assert(is_ok(m2));
1570
1571     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1572     f2 = move_from(m2);
1573     t1 = move_to(m1);
1574     if (f2 == t1)
1575         return true;
1576
1577     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1578     t2 = move_to(m2);
1579     f1 = move_from(m1);
1580     if (t2 == f1)
1581         return true;
1582
1583     // Case 3: Moving through the vacated square
1584     p2 = pos.piece_on(f2);
1585     if (   piece_is_slider(p2)
1586         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1587       return true;
1588
1589     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1590     p1 = pos.piece_on(t1);
1591     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p1, t1), t2))
1592         return true;
1593
1594     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1595     ksq = pos.king_square(pos.side_to_move());
1596     if (    piece_is_slider(p1)
1597         &&  bit_is_set(squares_between(t1, ksq), f2))
1598     {
1599         Bitboard occ = pos.occupied_squares();
1600         clear_bit(&occ, f2);
1601         if (bit_is_set(pos.attacks_from(p1, t1, occ), ksq))
1602             return true;
1603     }
1604     return false;
1605   }
1606
1607
1608   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1609   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1610   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1611
1612   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1613
1614     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1615       return v + ply;
1616
1617     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1618       return v - ply;
1619
1620     return v;
1621   }
1622
1623
1624   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1625   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1626
1627   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1628
1629     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1630       return v - ply;
1631
1632     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1633       return v + ply;
1634
1635     return v;
1636   }
1637
1638
1639   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1640   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1641
1642   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1643
1644     assert(is_ok(m));
1645     assert(is_ok(threat));
1646     assert(!pos.is_capture_or_promotion(m));
1647     assert(!pos.is_passed_pawn_push(m));
1648
1649     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1650
1651     mfrom = move_from(m);
1652     mto = move_to(m);
1653     tfrom = move_from(threat);
1654     tto = move_to(threat);
1655
1656     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1657     if (mfrom == tto)
1658         return true;
1659
1660     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1661     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1662     if (   pos.is_capture(threat)
1663         && (   PieceValueMidgame[pos.piece_on(tfrom)] >= PieceValueMidgame[pos.piece_on(tto)]
1664             || type_of(pos.piece_on(tfrom)) == KING)
1665         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1666         return true;
1667
1668     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1669     // prune safe moves which block its ray.
1670     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1671         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1672         && pos.see_sign(m) >= 0)
1673         return true;
1674
1675     return false;
1676   }
1677
1678
1679   // can_return_tt() returns true if a transposition table score
1680   // can be used to cut-off at a given point in search.
1681
1682   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1683
1684     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1685
1686     return   (   tte->depth() >= depth
1687               || v >= std::max(VALUE_MATE_IN_PLY_MAX, beta)
1688               || v < std::min(VALUE_MATED_IN_PLY_MAX, beta))
1689
1690           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1691               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1692   }
1693
1694
1695   // refine_eval() returns the transposition table score if
1696   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1697
1698   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1699
1700       assert(tte);
1701
1702       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1703
1704       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1705           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1706           return v;
1707
1708       return defaultEval;
1709   }
1710
1711
1712   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1713   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1714
1715   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1716                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1717     Move m;
1718     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1719
1720     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1721
1722     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1723     {
1724         m = movesSearched[i];
1725
1726         assert(m != move);
1727
1728         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1729     }
1730   }
1731
1732
1733   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1734   // since the beginning of the current search.
1735
1736   int elapsed_search_time(int set) {
1737
1738     static int searchStartTime;
1739
1740     if (set)
1741         searchStartTime = set;
1742
1743     return get_system_time() - searchStartTime;
1744   }
1745
1746
1747   // score_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1748   // protocol specifications:
1749   //
1750   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1751   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1752   //            use negative values for y.
1753
1754   string score_to_uci(Value v, Value alpha, Value beta) {
1755
1756     std::stringstream s;
1757
1758     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1759         s << " score cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1760     else
1761         s << " score mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1762
1763     s << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1764
1765     return s.str();
1766   }
1767
1768
1769   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1770   // to be sent to UCI gui.
1771
1772   string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1773
1774     std::stringstream s;
1775     int t = elapsed_search_time();
1776
1777     s << " nodes " << nodes
1778       << " nps " << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1779       << " time "  << t;
1780
1781     return s.str();
1782   }
1783
1784
1785   // pv_to_uci() returns a string with information on the current PV line
1786   // formatted according to UCI specification.
1787
1788   string pv_to_uci(const Move pv[], int pvNum, bool chess960) {
1789
1790     std::stringstream s;
1791
1792     s << " multipv " << pvNum << " pv " << set960(chess960);
1793
1794     for ( ; *pv != MOVE_NONE; pv++)
1795         s << *pv << " ";
1796
1797     return s.str();
1798   }
1799
1800
1801   // depth_to_uci() returns a string with information on the current depth and
1802   // seldepth formatted according to UCI specification.
1803
1804   string depth_to_uci(Depth depth) {
1805
1806     std::stringstream s;
1807
1808     // Retrieve max searched depth among threads
1809     int selDepth = 0;
1810     for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
1811         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1812             selDepth = Threads[i].maxPly;
1813
1814      s << " depth " << depth / ONE_PLY << " seldepth " << selDepth;
1815
1816     return s.str();
1817   }
1818
1819   string time_to_string(int millisecs) {
1820
1821     const int MSecMinute = 1000 * 60;
1822     const int MSecHour   = 1000 * 60 * 60;
1823
1824     int hours = millisecs / MSecHour;
1825     int minutes =  (millisecs % MSecHour) / MSecMinute;
1826     int seconds = ((millisecs % MSecHour) % MSecMinute) / 1000;
1827
1828     std::stringstream s;
1829
1830     if (hours)
1831         s << hours << ':';
1832
1833     s << std::setfill('0') << std::setw(2) << minutes << ':' << std::setw(2) << seconds;
1834     return s.str();
1835   }
1836
1837   string score_to_string(Value v) {
1838
1839     std::stringstream s;
1840
1841     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1842         s << "#" << (VALUE_MATE - v + 1) / 2;
1843     else if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1844         s << "-#" << (VALUE_MATE + v) / 2;
1845     else
1846         s << std::setprecision(2) << std::fixed << std::showpos << float(v) / PawnValueMidgame;
1847
1848     return s.str();
1849   }
1850
1851
1852   // pretty_pv() creates a human-readable string from a position and a PV.
1853   // It is used to write search information to the log file (which is created
1854   // when the UCI parameter "Use Search Log" is "true").
1855
1856   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value value, int time, Move pv[]) {
1857
1858     const int64_t K = 1000;
1859     const int64_t M = 1000000;
1860     const int startColumn = 28;
1861     const size_t maxLength = 80 - startColumn;
1862
1863     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
1864     Move* m = pv;
1865     string san;
1866     std::stringstream s;
1867     size_t length = 0;
1868
1869     // First print depth, score, time and searched nodes...
1870     s << set960(pos.is_chess960())
1871       << std::setw(2) << depth
1872       << std::setw(8) << score_to_string(value)
1873       << std::setw(8) << time_to_string(time);
1874
1875     if (pos.nodes_searched() < M)
1876         s << std::setw(8) << pos.nodes_searched() / 1 << "  ";
1877     else if (pos.nodes_searched() < K * M)
1878         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / K << "K  ";
1879     else
1880         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / M << "M  ";
1881
1882     // ...then print the full PV line in short algebraic notation
1883     while (*m != MOVE_NONE)
1884     {
1885         san = move_to_san(pos, *m);
1886         length += san.length() + 1;
1887
1888         if (length > maxLength)
1889         {
1890             length = san.length() + 1;
1891             s << "\n" + string(startColumn, ' ');
1892         }
1893         s << san << ' ';
1894
1895         pos.do_move(*m++, *st++);
1896     }
1897
1898     // Restore original position before to leave
1899     while (m != pv) pos.undo_move(*--m);
1900
1901     return s.str();
1902   }
1903
1904
1905   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1906   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1907   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1908   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1909   // We simply wait here until one of these commands (that raise StopRequest) is
1910   // sent, and return, after which the bestmove and pondermove will be printed.
1911
1912   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1913
1914     string cmd;
1915     StopOnPonderhit = true;
1916
1917     while (!StopRequest)
1918     {
1919         Threads.getline(cmd);
1920         do_uci_async_cmd(cmd);
1921     }
1922   }
1923
1924
1925   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1926   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
1927
1928   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder) {
1929
1930     assert(MultiPV > 1);
1931
1932     static RKISS rk;
1933
1934     // Rml list is already sorted by score in descending order
1935     int s;
1936     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1937     int size = std::min(MultiPV, (int)Rml.size());
1938     int max = Rml[0].score;
1939     int var = std::min(max - Rml[size - 1].score, int(PawnValueMidgame));
1940     int wk = 120 - 2 * SkillLevel;
1941
1942     // PRNG sequence should be non deterministic
1943     for (int i = abs(get_system_time() % 50); i > 0; i--)
1944         rk.rand<unsigned>();
1945
1946     // Choose best move. For each move's score we add two terms both dependent
1947     // on wk, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1948     // then we choose the move with the resulting highest score.
1949     for (int i = 0; i < size; i++)
1950     {
1951         s = Rml[i].score;
1952
1953         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1954         if (i > 0 && Rml[i-1].score > s + EasyMoveMargin)
1955             break;
1956
1957         // This is our magical formula
1958         s += ((max - s) * wk + var * (rk.rand<unsigned>() % wk)) / 128;
1959
1960         if (s > max_s)
1961         {
1962             max_s = s;
1963             *best = Rml[i].pv[0];
1964             *ponder = Rml[i].pv[1];
1965         }
1966     }
1967   }
1968
1969
1970   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
1971
1972   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
1973
1974     Move* sm;
1975     bestMoveChanges = 0;
1976     clear();
1977
1978     // Generate all legal moves and add them to RootMoveList
1979     for (MoveList<MV_LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
1980     {
1981         // If we have a searchMoves[] list then verify the move
1982         // is in the list before to add it.
1983         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != ml.move(); sm++) {}
1984
1985         if (sm != searchMoves && *sm != ml.move())
1986             continue;
1987
1988         RootMove rm;
1989         rm.pv.push_back(ml.move());
1990         rm.pv.push_back(MOVE_NONE);
1991         rm.score = rm.prevScore = -VALUE_INFINITE;
1992         rm.nodes = 0;
1993         push_back(rm);
1994     }
1995   }
1996
1997   RootMove* RootMoveList::find(const Move& m, int startIndex) {
1998
1999     for (size_t i = startIndex; i < size(); i++)
2000         if ((*this)[i].pv[0] == m)
2001             return &(*this)[i];
2002
2003     return NULL;
2004   }
2005
2006
2007   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2008   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2009   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2010   // long PV to print that is important for position analysis.
2011
2012   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2013
2014     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2015     TTEntry* tte;
2016     int ply = 1;
2017     Move m = pv[0];
2018
2019     assert(m != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(m));
2020
2021     pv.clear();
2022     pv.push_back(m);
2023     pos.do_move(m, *st++);
2024
2025     while (   (tte = TT.probe(pos.get_key())) != NULL
2026            && tte->move() != MOVE_NONE
2027            && pos.is_pseudo_legal(tte->move())
2028            && pos.pl_move_is_legal(tte->move(), pos.pinned_pieces())
2029            && ply < PLY_MAX
2030            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2))
2031     {
2032         pv.push_back(tte->move());
2033         pos.do_move(tte->move(), *st++);
2034         ply++;
2035     }
2036     pv.push_back(MOVE_NONE);
2037
2038     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2039   }
2040
2041
2042   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2043   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2044   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2045
2046   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2047
2048     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2049     TTEntry* tte;
2050     Key k;
2051     Value v, m = VALUE_NONE;
2052     int ply = 0;
2053
2054     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.is_pseudo_legal(pv[0]));
2055
2056     do {
2057         k = pos.get_key();
2058         tte = TT.probe(k);
2059
2060         // Don't overwrite existing correct entries
2061         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2062         {
2063             v = (pos.in_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2064             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2065         }
2066         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2067
2068     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2069
2070     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2071   }
2072
2073 } // namespace
2074
2075
2076 // Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do.
2077 // The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint object
2078 // for which the thread is the master.
2079
2080 void Thread::idle_loop(SplitPoint* sp) {
2081
2082   while (true)
2083   {
2084       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled
2085       // instead of wasting CPU time polling for work.
2086       while (   do_sleep
2087              || do_terminate
2088              || (Threads.use_sleeping_threads() && !is_searching))
2089       {
2090           assert((!sp && threadID) || Threads.use_sleeping_threads());
2091
2092           // Slave thread should exit as soon as do_terminate flag raises
2093           if (do_terminate)
2094           {
2095               assert(!sp);
2096               return;
2097           }
2098
2099           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
2100           lock_grab(&sleepLock);
2101
2102           // If we are master and all slaves have finished don't go to sleep
2103           if (sp && Threads.split_point_finished(sp))
2104           {
2105               lock_release(&sleepLock);
2106               break;
2107           }
2108
2109           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
2110           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
2111           // in the meanwhile, allocated us and sent the wake_up() call before we
2112           // had the chance to grab the lock.
2113           if (do_sleep || !is_searching)
2114               cond_wait(&sleepCond, &sleepLock);
2115
2116           lock_release(&sleepLock);
2117       }
2118
2119       // If this thread has been assigned work, launch a search
2120       if (is_searching)
2121       {
2122           assert(!do_terminate);
2123
2124           // Copy split point position and search stack and call search()
2125           SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2126           SplitPoint* tsp = splitPoint;
2127           Position pos(*tsp->pos, threadID);
2128
2129           memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2130           (ss+1)->sp = tsp;
2131
2132           if (tsp->nodeType == Root)
2133               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2134           else if (tsp->nodeType == PV)
2135               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2136           else if (tsp->nodeType == NonPV)
2137               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2138           else
2139               assert(false);
2140
2141           assert(is_searching);
2142
2143           is_searching = false;
2144
2145           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2146           // case we are the last slave of the split point.
2147           if (   Threads.use_sleeping_threads()
2148               && threadID != tsp->master
2149               && !Threads[tsp->master].is_searching)
2150               Threads[tsp->master].wake_up();
2151       }
2152
2153       // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2154       // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2155       if (sp && Threads.split_point_finished(sp))
2156       {
2157           // Because sp->is_slave[] is reset under lock protection,
2158           // be sure sp->lock has been released before to return.
2159           lock_grab(&(sp->lock));
2160           lock_release(&(sp->lock));
2161           return;
2162       }
2163   }
2164 }
2165
2166
2167 // do_uci_async_cmd() is called by listener thread when in async mode and 'cmd'
2168 // input line is received from the GUI.
2169
2170 void do_uci_async_cmd(const std::string& cmd) {
2171
2172   if (cmd == "quit")
2173       QuitRequest = StopRequest = true;
2174
2175   else if (cmd == "stop")
2176       StopRequest = true;
2177
2178   else if (cmd == "ponderhit")
2179   {
2180       // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
2181       // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
2182       // should continue searching but switching from pondering to normal search.
2183       Limits.ponder = false;
2184
2185       if (StopOnPonderhit)
2186           StopRequest = true;
2187   }
2188 }
2189
2190
2191 // do_timer_event() is called by the timer thread when the timer triggers
2192
2193 void do_timer_event() {
2194
2195   static int lastInfoTime;
2196   int e = elapsed_search_time();
2197
2198   // Print debug information every one second
2199   if (!lastInfoTime || get_system_time() - lastInfoTime >= 1000)
2200   {
2201       lastInfoTime = get_system_time();
2202
2203       dbg_print_mean();
2204       dbg_print_hit_rate();
2205   }
2206
2207   // Should we stop the search?
2208   if (Limits.ponder)
2209       return;
2210
2211   bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2212                          && !AspirationFailLow
2213                          &&  e > TimeMgr.available_time();
2214
2215   bool noMoreTime =   e > TimeMgr.maximum_time()
2216                    || stillAtFirstMove;
2217
2218   if (   (Limits.useTimeManagement() && noMoreTime)
2219       || (Limits.maxTime && e >= Limits.maxTime)
2220          /* missing nodes limit */ ) // FIXME
2221       StopRequest = true;
2222 }