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) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5
   6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9   (at your option) any later version.
  10
  11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14   GNU General Public License for more details.
  15
  16   You should have received a copy of the GNU General Public License
  17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 */
  19
  20
  21 ////
  22 //// Includes
  23 ////
  24
  25 #include <cassert>
  26 #include <cmath>
  27 #include <cstring>
  28 #include <fstream>
  29 #include <iostream>
  30 #include <sstream>
  31
  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, bool mateThreat, 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, WaitLock;
  98
  99 #if !defined(_MSC_VER)
 100     pthread_cond_t WaitCond;
 101 #else
 102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
 103 #endif
 104
 105   };
 106
 107
 108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
 109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
 110   // in the case of moves which fail low).
 111
 112   struct RootMove {
 113
 114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
 115
 116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
 117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
 118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
 119     // have equal score but m1 has the higher node count.
 120     bool operator<(const RootMove& m) const {
 121
 122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
 123     }
 124
 125     Move move;
 126     Value score;
 127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
 128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
 129   };
 130
 131
 132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
 133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
 134
 135   class RootMoveList {
 136
 137   public:
 138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
 139
 140     int move_count() const { return count; }
 141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
 142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
 143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
 144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
 145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
 146
 147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
 148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
 149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
 150     void sort();
 151     void sort_multipv(int n);
 152
 153   private:
 154     static const int MaxRootMoves = 500;
 155     RootMove moves[MaxRootMoves];
 156     int count;
 157   };
 158
 159
 160   /// Adjustments
 161
 162   // Step 6. Razoring
 163
 164   // Maximum depth for razoring
 165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
 166
 167   // Dynamic razoring margin based on depth
 168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
 169
 170   // Step 8. Null move search with verification search
 171
 172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
 173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
 174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
 175
 176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
 177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
 178
 179   // Step 9. Internal iterative deepening
 180
 181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
 182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
 183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
 184
 185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
 186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
 187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
 188
 189   // Step 11. Decide the new search depth
 190
 191   // Extensions. Configurable UCI options
 192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
 193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
 194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
 195
 196   // Minimum depth for use of singular extension
 197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
 198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
 199
 200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
 201   // remaining ones we will extend it.
 202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
 203
 204   // Step 12. Futility pruning
 205
 206   // Futility margin for quiescence search
 207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
 208
 209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
 210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
 211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
 212
 213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
 214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
 215
 216   // Step 14. Reduced search
 217
 218   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
 219   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
 220   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
 221
 222   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
 223   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
 224
 225   // Common adjustments
 226
 227   // Search depth at iteration 1
 228   const Depth InitialDepth = OnePly;
 229
 230   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
 231   // better than the second best move.
 232   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
 233
 234   // Last seconds noise filtering (LSN)
 235   const bool UseLSNFiltering = true;
 236   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
 237   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
 238   bool loseOnTime = false;
 239
 240
 241   /// Global variables
 242
 243   // Iteration counter
 244   int Iteration;
 245
 246   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
 247   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
 248   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
 249
 250   // Search window management
 251   int AspirationDelta;
 252
 253   // MultiPV mode
 254   int MultiPV;
 255
 256   // Time managment variables
 257   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
 258   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
 259   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
 260   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
 261
 262   // Show current line?
 263   bool ShowCurrentLine;
 264
 265   // Log file
 266   bool UseLogFile;
 267   std::ofstream LogFile;
 268
 269   // Multi-threads related variables
 270   Depth MinimumSplitDepth;
 271   int MaxThreadsPerSplitPoint;
 272   ThreadsManager TM;
 273
 274   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
 275   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
 276   int NodesSincePoll;
 277   int NodesBetweenPolls = 30000;
 278
 279   // History table
 280   History H;
 281
 282   /// Local functions
 283
 284   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
 285   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
 286   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
 287   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
 288   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
 289   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
 290   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
 291   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
 292   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
 293   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
 294   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
 295   bool value_is_mate(Value value);
 296   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
 297   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
 298   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
 299   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
 300   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
 301   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
 302   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
 303   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
 304   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
 305
 306   int current_search_time();
 307   int nps();
 308   void poll(SearchStack ss[], int ply);
 309   void ponderhit();
 310   void wait_for_stop_or_ponderhit();
 311   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
 312   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
 313
 314 #if !defined(_MSC_VER)
 315   void *init_thread(void *threadID);
 316 #else
 317   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
 318 #endif
 319
 320 }
 321
 322
 323 ////
 324 //// Functions
 325 ////
 326
 327 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
 328 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
 329
 330 void init_threads() { TM.init_threads(); }
 331 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
 332 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
 333
 334
 335 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
 336 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
 337
 338 int perft(Position& pos, Depth depth)
 339 {
 340     StateInfo st;
 341     Move move;
 342     int sum = 0;
 343     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
 344
 345     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
 346     // the moves, just to count them.
 347     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
 348     {
 349         while (mp.get_next_move()) sum++;
 350         return sum;
 351     }
 352
 353     // Loop through all legal moves
 354     CheckInfo ci(pos);
 355     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
 356     {
 357         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
 358         sum += perft(pos, depth - OnePly);
 359         pos.undo_move(move);
 360     }
 361     return sum;
 362 }
 363
 364
 365 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
 366 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
 367 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
 368 /// when a quit command is received during the search.
 369
 370 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
 371            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
 372            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
 373
 374   // Initialize global search variables
 375   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
 376   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
 377   NodesSincePoll = 0;
 378   TM.resetNodeCounters();
 379   SearchStartTime = get_system_time();
 380   ExactMaxTime = maxTime;
 381   MaxDepth = maxDepth;
 382   MaxNodes = maxNodes;
 383   InfiniteSearch = infinite;
 384   PonderSearch = ponder;
 385   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
 386
 387   // Look for a book move, only during games, not tests
 388   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
 389   {
 390       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
 391           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
 392
 393       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
 394       if (bookMove != MOVE_NONE)
 395       {
 396           if (PonderSearch)
 397               wait_for_stop_or_ponderhit();
 398
 399           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
 400           return true;
 401       }
 402   }
 403
 404   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
 405   if (button_was_pressed("New Game"))
 406       loseOnTime = false;
 407
 408   // Read UCI option values
 409   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
 410   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
 411       TT.clear();
 412
 413   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
 414   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
 415   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
 416   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
 417   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
 418   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
 419   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
 420   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
 421   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
 422   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
 423   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
 424   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
 425
 426   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
 427   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
 428   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
 429   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
 430   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
 431   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
 432
 433   if (UseLogFile)
 434       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
 435
 436   read_weights(pos.side_to_move());
 437
 438   // Set the number of active threads
 439   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
 440   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
 441   {
 442       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
 443       init_eval(TM.active_threads());
 444   }
 445
 446   // Wake up sleeping threads
 447   TM.wake_sleeping_threads();
 448
 449   // Set thinking time
 450   int myTime = time[side_to_move];
 451   int myIncrement = increment[side_to_move];
 452   if (UseTimeManagement)
 453   {
 454       if (!movesToGo) // Sudden death time control
 455       {
 456           if (myIncrement)
 457           {
 458               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
 459               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
 460           }
 461           else // Blitz game without increment
 462           {
 463               MaxSearchTime = myTime / 30;
 464               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
 465           }
 466       }
 467       else // (x moves) / (y minutes)
 468       {
 469           if (movesToGo == 1)
 470           {
 471               MaxSearchTime = myTime / 2;
 472               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
 473           }
 474           else
 475           {
 476               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
 477               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
 478           }
 479       }
 480
 481       if (get_option_value_bool("Ponder"))
 482       {
 483           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
 484           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
 485       }
 486   }
 487
 488   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
 489   // heavy time pressure.
 490   if (MaxNodes)
 491       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
 492   else if (myTime && myTime < 1000)
 493       NodesBetweenPolls = 1000;
 494   else if (myTime && myTime < 5000)
 495       NodesBetweenPolls = 5000;
 496   else
 497       NodesBetweenPolls = 30000;
 498
 499   // Write search information to log file
 500   if (UseLogFile)
 501       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
 502               << "infinite: "  << infinite
 503               << " ponder: "   << ponder
 504               << " time: "     << myTime
 505               << " increment: " << myIncrement
 506               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
 507
 508   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
 509   if (   UseLSNFiltering
 510       && loseOnTime)
 511   {
 512       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
 513        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
 514            /* wait here */;
 515   }
 516
 517   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
 518   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
 519
 520   if (UseLSNFiltering)
 521   {
 522       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
 523       // decide to lose on time.
 524       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
 525           && myTime < LSNTime
 526           && myIncrement == 0
 527           && movesToGo == 0
 528           && v < -LSNValue)
 529       {
 530           loseOnTime = true;
 531       }
 532       else if (loseOnTime)
 533       {
 534           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
 535           loseOnTime = false;
 536       }
 537   }
 538
 539   if (UseLogFile)
 540       LogFile.close();
 541
 542   TM.put_threads_to_sleep();
 543
 544   return !Quit;
 545 }
 546
 547
 548 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
 549
 550 void init_search() {
 551
 552   // Init our reduction lookup tables
 553   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
 554       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
 555       {
 556           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
 557           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
 558           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
 559           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
 560       }
 561
 562   // Init futility margins array
 563   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
 564       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
 565       {
 566           // FIXME: test using log instead of BSR
 567           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
 568       }
 569
 570   // Init futility move count array
 571   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
 572       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
 573 }
 574
 575
 576 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
 577 // new search from the root.
 578 void SearchStack::init(int ply) {
 579
 580   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
 581   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
 582   reduction = Depth(0);
 583   eval = VALUE_NONE;
 584 }
 585
 586 void SearchStack::initKillers() {
 587
 588   mateKiller = MOVE_NONE;
 589   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
 590       killers[i] = MOVE_NONE;
 591 }
 592
 593 namespace {
 594
 595   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
 596   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
 597   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
 598   // reached.
 599
 600   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
 601
 602     Position p(pos);
 603     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
 604     Move EasyMove = MOVE_NONE;
 605     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
 606
 607     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
 608     RootMoveList rml(p, searchMoves);
 609
 610     // Handle special case of searching on a mate/stale position
 611     if (rml.move_count() == 0)
 612     {
 613         if (PonderSearch)
 614             wait_for_stop_or_ponderhit();
 615
 616         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
 617     }
 618
 619     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
 620     // so to output information also for iteration 1.
 621     cout << "info depth " << 1
 622          << "\ninfo depth " << 1
 623          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
 624          << " time " << current_search_time()
 625          << " nodes " << TM.nodes_searched()
 626          << " nps " << nps()
 627          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
 628
 629     // Initialize
 630     TT.new_search();
 631     H.clear();
 632     init_ss_array(ss);
 633     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
 634     Iteration = 1;
 635
 636     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
 637     if (   rml.move_count() == 1
 638         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
 639         EasyMove = rml.get_move(0);
 640
 641     // Iterative deepening loop
 642     while (Iteration < PLY_MAX)
 643     {
 644         // Initialize iteration
 645         Iteration++;
 646         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
 647
 648         cout << "info depth " << Iteration << endl;
 649
 650         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
 651         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
 652         {
 653             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
 654             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
 655
 656             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
 657             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
 658
 659             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
 660             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
 661         }
 662
 663         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
 664         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
 665
 666         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
 667         // been overwritten during the search.
 668         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
 669
 670         if (AbortSearch)
 671             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
 672
 673         //Save info about search result
 674         ValueByIteration[Iteration] = value;
 675
 676         // Drop the easy move if differs from the new best move
 677         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
 678             EasyMove = MOVE_NONE;
 679
 680         if (UseTimeManagement)
 681         {
 682             // Time to stop?
 683             bool stopSearch = false;
 684
 685             // Stop search early if there is only a single legal move,
 686             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
 687             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
 688                 stopSearch = true;
 689
 690             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
 691             if (  Iteration >= 6
 692                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
 693                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
 694                 stopSearch = true;
 695
 696             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
 697             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
 698             if (   Iteration >= 8
 699                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
 700                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
 701                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
 702                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
 703                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
 704                 stopSearch = true;
 705
 706             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
 707             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
 708                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
 709                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
 710
 711             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
 712             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
 713             // move at the next iteration anyway.
 714             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
 715                 stopSearch = true;
 716
 717             if (stopSearch)
 718             {
 719                 if (PonderSearch)
 720                     StopOnPonderhit = true;
 721                 else
 722                     break;
 723             }
 724         }
 725
 726         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
 727             break;
 728     }
 729
 730     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
 731     // best move before we are told to do so.
 732     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
 733         wait_for_stop_or_ponderhit();
 734     else
 735         // Print final search statistics
 736         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
 737              << " nps " << nps()
 738              << " time " << current_search_time()
 739              << " hashfull " << TT.full() << endl;
 740
 741     // Print the best move and the ponder move to the standard output
 742     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
 743     {
 744         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
 745         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
 746     }
 747
 748     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
 749
 750     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
 751
 752     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
 753         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
 754
 755     cout << endl;
 756
 757     if (UseLogFile)
 758     {
 759         if (dbg_show_mean)
 760             dbg_print_mean(LogFile);
 761
 762         if (dbg_show_hit_rate)
 763             dbg_print_hit_rate(LogFile);
 764
 765         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
 766                 << "\nNodes/second: " << nps()
 767                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
 768
 769         StateInfo st;
 770         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
 771         LogFile << "\nPonder move: "
 772                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
 773                 << endl;
 774     }
 775     return rml.get_move_score(0);
 776   }
 777
 778
 779   // root_search() is the function which searches the root node. It is
 780   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
 781   // scheme, prints some information to the standard output and handles
 782   // the fail low/high loops.
 783
 784   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
 785
 786     EvalInfo ei;
 787     StateInfo st;
 788     CheckInfo ci(pos);
 789     int64_t nodes;
 790     Move move;
 791     Depth depth, ext, newDepth;
 792     Value value, alpha, beta;
 793     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
 794     int researchCountFH, researchCountFL;
 795
 796     researchCountFH = researchCountFL = 0;
 797     alpha = *alphaPtr;
 798     beta = *betaPtr;
 799     isCheck = pos.is_check();
 800
 801     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
 802     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
 803     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
 804     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
 805
 806     // Step 5. Evaluate the position statically
 807     // At root we do this only to get reference value for child nodes
 808     if (!isCheck)
 809         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
 810     else
 811         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
 812
 813     // Step 6. Razoring (omitted at root)
 814     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
 815     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
 816     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
 817
 818     // Step extra. Fail low loop
 819     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
 820     // with bigger window until we are not failing low anymore.
 821     while (1)
 822     {
 823         // Sort the moves before to (re)search
 824         rml.sort();
 825
 826         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
 827         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
 828         {
 829             // This is used by time management
 830             FirstRootMove = (i == 0);
 831
 832             // Save the current node count before the move is searched
 833             nodes = TM.nodes_searched();
 834
 835             // Reset beta cut-off counters
 836             TM.resetBetaCounters();
 837
 838             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
 839             // the standard output.
 840             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
 841
 842             if (current_search_time() >= 1000)
 843                 cout << "info currmove " << move
 844                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
 845
 846             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
 847             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
 848
 849             // Step 11. Decide the new search depth
 850             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
 851             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
 852             newDepth = depth + ext;
 853
 854             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
 855
 856             // Step extra. Fail high loop
 857             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
 858             // high anymore.
 859             value = - VALUE_INFINITE;
 860
 861             while (1)
 862             {
 863                 // Step 13. Make the move
 864                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
 865
 866                 // Step extra. pv search
 867                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
 868                 // and for fail high research (value > alpha)
 869                 if (i < MultiPV || value > alpha)
 870                 {
 871                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
 872                     if (MultiPV > 1)
 873                         alpha = -VALUE_INFINITE;
 874
 875                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
 876                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
 877                 }
 878                 else
 879                 {
 880                     // Step 14. Reduced search
 881                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
 882                     bool doFullDepthSearch = true;
 883
 884                     if (    depth >= 3 * OnePly
 885                         && !dangerous
 886                         && !captureOrPromotion
 887                         && !move_is_castle(move))
 888                     {
 889                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
 890                         if (ss[0].reduction)
 891                         {
 892                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
 893                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
 894                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
 895                         }
 896                     }
 897
 898                     // Step 15. Full depth search
 899                     if (doFullDepthSearch)
 900                     {
 901                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
 902                         ss[0].reduction = Depth(0);
 903                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
 904
 905                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
 906                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
 907                         if (value > alpha)
 908                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
 909                     }
 910                 }
 911
 912                 // Step 16. Undo move
 913                 pos.undo_move(move);
 914
 915                 // Can we exit fail high loop ?
 916                 if (AbortSearch || value < beta)
 917                     break;
 918
 919                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
 920                 // the score before research in case we run out of time while researching.
 921                 rml.set_move_score(i, value);
 922                 update_pv(ss, 0);
 923                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
 924                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
 925
 926                 // Print information to the standard output
 927                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
 928
 929                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
 930                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
 931                 researchCountFH++;
 932
 933             } // End of fail high loop
 934
 935             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
 936             // was aborted because the user interrupted the search or because we
 937             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
 938             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
 939             // move and/or PV.
 940             if (AbortSearch)
 941                 break;
 942
 943             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
 944             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
 945             int64_t our, their;
 946             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
 947             rml.set_beta_counters(i, our, their);
 948             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
 949
 950             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
 951             assert(value < beta);
 952
 953             // Step 17. Check for new best move
 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 information to the standard output
 975                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
 976
 977                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
 978                     if (value > alpha)
 979                         alpha = value;
 980                 }
 981                 else // MultiPV > 1
 982                 {
 983                     rml.sort_multipv(i);
 984                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
 985                     {
 986                         cout << "info multipv " << j + 1
 987                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
 988                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
 989                              << " time " << current_search_time()
 990                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
 991                              << " nps " << nps()
 992                              << " pv ";
 993
 994                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
 995                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
 996
 997                         cout << endl;
 998                     }
 999                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
1000                 }
1001             } // PV move or new best move
1002
1003             assert(alpha >= *alphaPtr);
1004
1005             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1006
1007             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1008                 StopOnPonderhit = false;
1009         }
1010
1011         // Can we exit fail low loop ?
1012         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1013             break;
1014
1015         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1016         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1017         researchCountFL++;
1018
1019     } // Fail low loop
1020
1021     // Sort the moves before to return
1022     rml.sort();
1023
1024     return alpha;
1025   }
1026
1027
1028   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1029
1030   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1031                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1032
1033     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1034     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1035     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1036     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1037
1038     Move movesSearched[256];
1039     EvalInfo ei;
1040     StateInfo st;
1041     const TTEntry* tte;
1042     Move ttMove, move;
1043     Depth ext, newDepth;
1044     Value bestValue, value, oldAlpha;
1045     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1046     bool mateThreat = false;
1047     int moveCount = 0;
1048     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1049
1050     if (depth < OnePly)
1051         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1052
1053     // Step 1. Initialize node and poll
1054     // Polling can abort search.
1055     init_node(ss, ply, threadID);
1056
1057     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1058     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1059         return Value(0);
1060
1061     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1062         return VALUE_DRAW;
1063
1064     // Step 3. Mate distance pruning
1065     oldAlpha = alpha;
1066     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1067     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1068     if (alpha >= beta)
1069         return alpha;
1070
1071     // Step 4. Transposition table lookup
1072     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1073     // This is to avoid problems in the following areas:
1074     //
1075     // * Repetition draw detection
1076     // * Fifty move rule detection
1077     // * Searching for a mate
1078     // * Printing of full PV line
1079     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1080     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1081
1082     // Step 5. Evaluate the position statically
1083     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1084     isCheck = pos.is_check();
1085     if (!isCheck)
1086     {
1087         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1088         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1089     }
1090
1091     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1092     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1093     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1094
1095     // Step 9. Internal iterative deepening
1096     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1097         && ttMove == MOVE_NONE)
1098     {
1099         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1100         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1101         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1102     }
1103
1104     // Step 10. Loop through moves
1105     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1106
1107     // Initialize a MovePicker object for the current position
1108     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1109     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1110     CheckInfo ci(pos);
1111
1112     while (   alpha < beta
1113            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1114            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1115     {
1116       assert(move_is_ok(move));
1117
1118       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1119       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1120       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1121
1122       // Step 11. Decide the new search depth
1123       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1124
1125       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1126       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1127       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1128       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1129           && tte
1130           && move == tte->move()
1131           && ext < OnePly
1132           && is_lower_bound(tte->type())
1133           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1134       {
1135           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1136
1137           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1138           {
1139               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1140
1141               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1142                   ext = OnePly;
1143           }
1144       }
1145
1146       newDepth = depth - OnePly + ext;
1147
1148       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1149       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1150
1151       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1152
1153       // Step 13. Make the move
1154       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1155
1156       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1157       // The first move in list is the expected PV
1158       if (moveCount == 1)
1159           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1160       else
1161       {
1162         // Step 14. Reduced search
1163         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1164         bool doFullDepthSearch = true;
1165
1166         if (    depth >= 3 * OnePly
1167             && !dangerous
1168             && !captureOrPromotion
1169             && !move_is_castle(move)
1170             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1171         {
1172             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1173             if (ss[ply].reduction)
1174             {
1175                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1176                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1177             }
1178         }
1179
1180         // Step 15. Full depth search
1181         if (doFullDepthSearch)
1182         {
1183             ss[ply].reduction = Depth(0);
1184             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1185
1186             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1187             if (value > alpha && value < beta)
1188                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1189         }
1190       }
1191
1192       // Step 16. Undo move
1193       pos.undo_move(move);
1194
1195       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1196
1197       // Step 17. Check for new best move
1198       if (value > bestValue)
1199       {
1200           bestValue = value;
1201           if (value > alpha)
1202           {
1203               alpha = value;
1204               update_pv(ss, ply);
1205               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1206                   ss[ply].mateKiller = move;
1207           }
1208       }
1209
1210       // Step 18. Check for split
1211       if (   TM.active_threads() > 1
1212           && bestValue < beta
1213           && depth >= MinimumSplitDepth
1214           && Iteration <= 99
1215           && TM.available_thread_exists(threadID)
1216           && !AbortSearch
1217           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1218           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1219                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1220           break;
1221     }
1222
1223     // Step 19. Check for mate and stalemate
1224     // All legal moves have been searched and if there were
1225     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1226     if (moveCount == 0)
1227         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1228
1229     // Step 20. Update tables
1230     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1231     // history counters, and killer moves.
1232     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1233         return bestValue;
1234
1235     if (bestValue <= oldAlpha)
1236         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1237
1238     else if (bestValue >= beta)
1239     {
1240         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1241         move = ss[ply].pv[ply];
1242         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1243         {
1244             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1245             update_killers(move, ss[ply]);
1246         }
1247         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1248     }
1249     else
1250         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1251
1252     return bestValue;
1253   }
1254
1255
1256   // search() is the search function for zero-width nodes.
1257
1258   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1259                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1260
1261     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1262     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1263     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1264
1265     Move movesSearched[256];
1266     EvalInfo ei;
1267     StateInfo st;
1268     const TTEntry* tte;
1269     Move ttMove, move;
1270     Depth ext, newDepth;
1271     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1272     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1273     bool mateThreat = false;
1274     int moveCount = 0;
1275     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1276
1277     if (depth < OnePly)
1278         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1279
1280     // Step 1. Initialize node and poll
1281     // Polling can abort search.
1282     init_node(ss, ply, threadID);
1283
1284     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1285     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1286         return Value(0);
1287
1288     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1289         return VALUE_DRAW;
1290
1291     // Step 3. Mate distance pruning
1292     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1293         return beta;
1294
1295     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1296         return beta - 1;
1297
1298     // Step 4. Transposition table lookup
1299
1300     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1301     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1302     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1303
1304     tte = TT.retrieve(posKey);
1305     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1306
1307     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1308     {
1309         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1310         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1311     }
1312
1313     // Step 5. Evaluate the position statically
1314     isCheck = pos.is_check();
1315
1316     if (!isCheck)
1317     {
1318         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1319             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1320         else
1321             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1322
1323         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1324         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1325     }
1326
1327     // Step 6. Razoring
1328     if (   !value_is_mate(beta)
1329         && !isCheck
1330         && depth < RazorDepth
1331         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1332         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1333         && ttMove == MOVE_NONE
1334         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1335     {
1336         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1337         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1338         if (v < rbeta)
1339             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1340             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1341             return v;
1342     }
1343
1344     // Step 7. Static null move pruning
1345     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1346     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1347     if (  !isCheck
1348         && allowNullmove
1349         && depth < RazorDepth
1350         && refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1351         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1352
1353     // Step 8. Null move search with verification search
1354     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1355     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1356     // NullMoveMargin under beta.
1357     if (    allowNullmove
1358         &&  depth > OnePly
1359         && !isCheck
1360         && !value_is_mate(beta)
1361         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1362         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1363     {
1364         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1365
1366         pos.do_null_move(st);
1367
1368         // Null move dynamic reduction based on depth
1369         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1370
1371         // Null move dynamic reduction based on value
1372         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1373             R++;
1374
1375         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1376
1377         pos.undo_null_move();
1378
1379         if (nullValue >= beta)
1380         {
1381             if (depth < 6 * OnePly)
1382                 return beta;
1383
1384             // Do zugzwang verification search
1385             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1386             if (v >= beta)
1387                 return beta;
1388         } else {
1389             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1390             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1391             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1392             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1393             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1394             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1395             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1396                 mateThreat = true;
1397
1398             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1399             if (   depth < ThreatDepth
1400                 && ss[ply - 1].reduction
1401                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1402                 return beta - 1;
1403         }
1404     }
1405
1406     // Step 9. Internal iterative deepening
1407     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1408         && ttMove == MOVE_NONE
1409         && !isCheck
1410         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1411     {
1412         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1413         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1414         tte = TT.retrieve(posKey);
1415     }
1416
1417     // Step 10. Loop through moves
1418     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1419
1420     // Initialize a MovePicker object for the current position
1421     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1422     CheckInfo ci(pos);
1423
1424     while (   bestValue < beta
1425            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1426            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1427     {
1428       assert(move_is_ok(move));
1429
1430       if (move == excludedMove)
1431           continue;
1432
1433       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1434       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1435       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1436
1437       // Step 11. Decide the new search depth
1438       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1439
1440       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1441       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1442       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1443       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1444           && tte
1445           && move == tte->move()
1446           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1447           && ext < OnePly
1448           && is_lower_bound(tte->type())
1449           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1450       {
1451           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1452
1453           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1454           {
1455               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1456
1457               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1458                   ext = OnePly;
1459           }
1460       }
1461
1462       newDepth = depth - OnePly + ext;
1463
1464       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1465       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1466
1467       // Step 12. Futility pruning
1468       if (   !isCheck
1469           && !dangerous
1470           && !captureOrPromotion
1471           && !move_is_castle(move)
1472           &&  move != ttMove)
1473       {
1474           // Move count based pruning
1475           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1476               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1477               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1478               continue;
1479
1480           // Value based pruning
1481           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1482           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1483                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1484
1485           if (futilityValueScaled < beta)
1486           {
1487               if (futilityValueScaled > bestValue)
1488                   bestValue = futilityValueScaled;
1489               continue;
1490           }
1491       }
1492
1493       // Step 13. Make the move
1494       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1495
1496       // Step 14. Reduced search
1497       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1498       bool doFullDepthSearch = true;
1499
1500       if (    depth >= 3*OnePly
1501           && !dangerous
1502           && !captureOrPromotion
1503           && !move_is_castle(move)
1504           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1505       {
1506           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1507           if (ss[ply].reduction)
1508           {
1509               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1510               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1511           }
1512       }
1513
1514       // Step 15. Full depth search
1515       if (doFullDepthSearch)
1516       {
1517           ss[ply].reduction = Depth(0);
1518           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1519       }
1520
1521       // Step 16. Undo move
1522       pos.undo_move(move);
1523
1524       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1525
1526       // Step 17. Check for new best move
1527       if (value > bestValue)
1528       {
1529           bestValue = value;
1530           if (value >= beta)
1531               update_pv(ss, ply);
1532
1533           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1534               ss[ply].mateKiller = move;
1535       }
1536
1537       // Step 18. Check for split
1538       if (   TM.active_threads() > 1
1539           && bestValue < beta
1540           && depth >= MinimumSplitDepth
1541           && Iteration <= 99
1542           && TM.available_thread_exists(threadID)
1543           && !AbortSearch
1544           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1545           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1546                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1547           break;
1548     }
1549
1550     // Step 19. Check for mate and stalemate
1551     // All legal moves have been searched and if there were
1552     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1553     // If one move was excluded return fail low.
1554     if (!moveCount)
1555         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1556
1557     // Step 20. Update tables
1558     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1559     // history counters, and killer moves.
1560     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1561         return bestValue;
1562
1563     if (bestValue < beta)
1564         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1565     else
1566     {
1567         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1568         move = ss[ply].pv[ply];
1569         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1570         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1571         {
1572             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1573             update_killers(move, ss[ply]);
1574         }
1575
1576     }
1577
1578     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1579
1580     return bestValue;
1581   }
1582
1583
1584   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1585   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1586   // less than OnePly).
1587
1588   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1589                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1590
1591     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1592     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1593     assert(depth <= 0);
1594     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1595     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1596
1597     EvalInfo ei;
1598     StateInfo st;
1599     Move ttMove, move;
1600     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1601     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1602     const TTEntry* tte = NULL;
1603     int moveCount = 0;
1604     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1605     Value oldAlpha = alpha;
1606
1607     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1608     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1609     init_node(ss, ply, threadID);
1610
1611     // After init_node() that calls poll()
1612     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1613         return Value(0);
1614
1615     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1616         return VALUE_DRAW;
1617
1618     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1619     // pruning, but only for move ordering.
1620     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1621     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1622
1623     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1624     {
1625         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1626
1627         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1628         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1629     }
1630
1631     isCheck = pos.is_check();
1632
1633     // Evaluate the position statically
1634     if (isCheck)
1635         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1636     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1637         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1638     else
1639         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1640
1641     if (!isCheck)
1642     {
1643         ss[ply].eval = staticValue;
1644         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1645     }
1646
1647     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1648     // at least beta.
1649     bestValue = staticValue;
1650
1651     if (bestValue >= beta)
1652     {
1653         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1654         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1655             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1656
1657         return bestValue;
1658     }
1659
1660     if (bestValue > alpha)
1661         alpha = bestValue;
1662
1663     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1664     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1665
1666     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1667     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1668     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1669     // and we are near beta) will be generated.
1670     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1671     CheckInfo ci(pos);
1672     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1673     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1674
1675     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1676     // occurs.
1677     while (   alpha < beta
1678            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1679     {
1680       assert(move_is_ok(move));
1681
1682       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1683
1684       // Update current move
1685       moveCount++;
1686       ss[ply].currentMove = move;
1687
1688       // Futility pruning
1689       if (   enoughMaterial
1690           && !isCheck
1691           && !pvNode
1692           && !moveIsCheck
1693           &&  move != ttMove
1694           && !move_is_promotion(move)
1695           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1696       {
1697           futilityValue =  futilityBase
1698                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1699                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1700
1701           if (futilityValue < alpha)
1702           {
1703               if (futilityValue > bestValue)
1704                   bestValue = futilityValue;
1705               continue;
1706           }
1707       }
1708
1709       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1710       evasionPrunable =   isCheck
1711                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1712                        && !pos.move_is_capture(move)
1713                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1714                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1715
1716       // Don't search moves with negative SEE values
1717       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1718           && !pvNode
1719           &&  move != ttMove
1720           && !move_is_promotion(move)
1721           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1722           continue;
1723
1724       // Make and search the move
1725       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1726       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1727       pos.undo_move(move);
1728
1729       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1730
1731       // New best move?
1732       if (value > bestValue)
1733       {
1734           bestValue = value;
1735           if (value > alpha)
1736           {
1737               alpha = value;
1738               update_pv(ss, ply);
1739           }
1740        }
1741     }
1742
1743     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1744     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1745     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1746         return value_mated_in(ply);
1747
1748     // Update transposition table
1749     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1750     if (bestValue <= oldAlpha)
1751     {
1752         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1753         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1754         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1755         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1756     }
1757     else if (bestValue >= beta)
1758     {
1759         move = ss[ply].pv[ply];
1760         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1761
1762         // Update killers only for good checking moves
1763         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1764             update_killers(move, ss[ply]);
1765     }
1766     else
1767         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1768
1769     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1770
1771     return bestValue;
1772   }
1773
1774
1775   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1776   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1777   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1778   // table, done a null move search, and searched the first move before
1779   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1780   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1781   // care of after we return from the split point.
1782
1783   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1784
1785     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1786     assert(TM.active_threads() > 1);
1787
1788     StateInfo st;
1789     Move move;
1790     Depth ext, newDepth;
1791     Value value, futilityValueScaled;
1792     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1793     int moveCount;
1794     value = -VALUE_INFINITE;
1795
1796     Position pos(*sp->pos);
1797     CheckInfo ci(pos);
1798     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1799     isCheck = pos.is_check();
1800
1801     // Step 10. Loop through moves
1802     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1803     lock_grab(&(sp->lock));
1804
1805     while (    sp->bestValue < sp->beta
1806            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1807            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1808     {
1809       moveCount = ++sp->moves;
1810       lock_release(&(sp->lock));
1811
1812       assert(move_is_ok(move));
1813
1814       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1815       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1816
1817       // Step 11. Decide the new search depth
1818       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1819       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1820
1821       // Update current move
1822       ss[sp->ply].currentMove = move;
1823
1824       // Step 12. Futility pruning
1825       if (   !isCheck
1826           && !dangerous
1827           && !captureOrPromotion
1828           && !move_is_castle(move))
1829       {
1830           // Move count based pruning
1831           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1832               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1833               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1834           {
1835               lock_grab(&(sp->lock));
1836               continue;
1837           }
1838
1839           // Value based pruning
1840           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1841           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1842                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1843
1844           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1845           {
1846               lock_grab(&(sp->lock));
1847
1848               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1849                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1850               continue;
1851           }
1852       }
1853
1854       // Step 13. Make the move
1855       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1856
1857       // Step 14. Reduced search
1858       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1859       bool doFullDepthSearch = true;
1860
1861       if (   !dangerous
1862           && !captureOrPromotion
1863           && !move_is_castle(move)
1864           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1865       {
1866           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1867           if (ss[sp->ply].reduction)
1868           {
1869               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1870               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1871           }
1872       }
1873
1874       // Step 15. Full depth search
1875       if (doFullDepthSearch)
1876       {
1877           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1878           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1879       }
1880
1881       // Step 16. Undo move
1882       pos.undo_move(move);
1883
1884       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1885
1886       // Step 17. Check for new best move
1887       lock_grab(&(sp->lock));
1888
1889       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1890       {
1891           sp->bestValue = value;
1892           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1893           {
1894               sp->stopRequest = true;
1895               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1896           }
1897       }
1898     }
1899
1900     /* Here we have the lock still grabbed */
1901
1902     sp->slaves[threadID] = 0;
1903     sp->cpus--;
1904
1905     lock_release(&(sp->lock));
1906   }
1907
1908
1909   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1910   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1911   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1912   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1913   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1914   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1915   // after we return from the split point.
1916
1917   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1918
1919     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1920     assert(TM.active_threads() > 1);
1921
1922     StateInfo st;
1923     Move move;
1924     Depth ext, newDepth;
1925     Value value;
1926     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1927     int moveCount;
1928     value = -VALUE_INFINITE;
1929
1930     Position pos(*sp->pos);
1931     CheckInfo ci(pos);
1932     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1933
1934     // Step 10. Loop through moves
1935     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1936     lock_grab(&(sp->lock));
1937
1938     while (    sp->alpha < sp->beta
1939            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1940            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1941     {
1942       moveCount = ++sp->moves;
1943       lock_release(&(sp->lock));
1944
1945       assert(move_is_ok(move));
1946
1947       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1948       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1949
1950       // Step 11. Decide the new search depth
1951       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1952       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1953
1954       // Update current move
1955       ss[sp->ply].currentMove = move;
1956
1957       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1958
1959       // Step 13. Make the move
1960       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1961
1962       // Step 14. Reduced search
1963       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1964       bool doFullDepthSearch = true;
1965
1966       if (   !dangerous
1967           && !captureOrPromotion
1968           && !move_is_castle(move)
1969           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1970       {
1971           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1972           if (ss[sp->ply].reduction)
1973           {
1974               Value localAlpha = sp->alpha;
1975               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1976               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1977           }
1978       }
1979
1980       // Step 15. Full depth search
1981       if (doFullDepthSearch)
1982       {
1983           Value localAlpha = sp->alpha;
1984           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1985           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1986
1987           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
1988           {
1989               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1990               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1991               localAlpha = sp->alpha;
1992               if (localAlpha < sp->beta)
1993                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
1994           }
1995       }
1996
1997       // Step 16. Undo move
1998       pos.undo_move(move);
1999
2000       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2001
2002       // Step 17. Check for new best move
2003       lock_grab(&(sp->lock));
2004
2005       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2006       {
2007           sp->bestValue = value;
2008           if (value > sp->alpha)
2009           {
2010               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2011               if (value >= sp->beta)
2012                   sp->stopRequest = true;
2013
2014               sp->alpha = value;
2015
2016               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2017               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2018                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2019           }
2020       }
2021     }
2022
2023     /* Here we have the lock still grabbed */
2024
2025     sp->slaves[threadID] = 0;
2026     sp->cpus--;
2027
2028     lock_release(&(sp->lock));
2029   }
2030
2031
2032   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2033   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2034   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2035   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2036   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2037
2038   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2039
2040     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2041     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2042
2043     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2044
2045     if (threadID == 0)
2046     {
2047         NodesSincePoll++;
2048         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2049         {
2050             poll(ss, ply);
2051             NodesSincePoll = 0;
2052         }
2053     }
2054     ss[ply].init(ply);
2055     ss[ply + 2].initKillers();
2056   }
2057
2058
2059   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2060   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2061   // current node.
2062
2063   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2064
2065     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2066
2067     int p;
2068
2069     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2070
2071     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2072         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2073
2074     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2075   }
2076
2077
2078   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2079   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2080   // the PV at the parent node.
2081
2082   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2083
2084     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2085
2086     int p;
2087
2088     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2089
2090     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2091         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2092
2093     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2094   }
2095
2096
2097   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2098   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2099   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2100   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2101   // second move is assumed to be a move from the current position.
2102
2103   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2104
2105     Square f1, t1, f2, t2;
2106     Piece p;
2107
2108     assert(move_is_ok(m1));
2109     assert(move_is_ok(m2));
2110
2111     if (m2 == MOVE_NONE)
2112         return false;
2113
2114     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2115     f2 = move_from(m2);
2116     t1 = move_to(m1);
2117     if (f2 == t1)
2118         return true;
2119
2120     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2121     t2 = move_to(m2);
2122     f1 = move_from(m1);
2123     if (t2 == f1)
2124         return true;
2125
2126     // Case 3: Moving through the vacated square
2127     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2128         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2129       return true;
2130
2131     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2132     p = pos.piece_on(t1);
2133     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2134         return true;
2135
2136     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2137     if (    piece_is_slider(p)
2138         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2139         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2140     {
2141         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2142         // move is the opposite of the checking piece.
2143         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2144         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2145
2146         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2147             return true;
2148     }
2149     return false;
2150   }
2151
2152
2153   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2154   // eventually compensated for the ply.
2155
2156   bool value_is_mate(Value value) {
2157
2158     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2159
2160     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2161           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2162   }
2163
2164
2165   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2166   // killer moves of that ply.
2167
2168   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2169
2170       const Move* k = ss.killers;
2171       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2172           if (*k == m)
2173               return true;
2174
2175       return false;
2176   }
2177
2178
2179   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2180   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2181   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2182   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2183   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2184   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2185
2186   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2187                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2188
2189     assert(m != MOVE_NONE);
2190
2191     Depth result = Depth(0);
2192     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2193
2194     if (*dangerous)
2195     {
2196         if (moveIsCheck)
2197             result += CheckExtension[pvNode];
2198
2199         if (singleEvasion)
2200             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2201
2202         if (mateThreat)
2203             result += MateThreatExtension[pvNode];
2204     }
2205
2206     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2207     {
2208         Color c = pos.side_to_move();
2209         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2210         {
2211             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2212             *dangerous = true;
2213         }
2214         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2215         {
2216             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2217             *dangerous = true;
2218         }
2219     }
2220
2221     if (   captureOrPromotion
2222         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2223         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2224             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2225         && !move_is_promotion(m)
2226         && !move_is_ep(m))
2227     {
2228         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2229         *dangerous = true;
2230     }
2231
2232     if (   pvNode
2233         && captureOrPromotion
2234         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2235         && pos.see_sign(m) >= 0)
2236     {
2237         result += OnePly/2;
2238         *dangerous = true;
2239     }
2240
2241     return Min(result, OnePly);
2242   }
2243
2244
2245   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2246   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2247   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2248   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2249   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2250   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2251   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2252
2253   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2254
2255     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2256   }
2257
2258
2259   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2260   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2261   // candidates for pruning.
2262
2263   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2264
2265     assert(move_is_ok(m));
2266     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2267     assert(!pos.move_is_check(m));
2268     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2269     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2270
2271     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2272
2273     // Prune if there isn't any threat move
2274     if (threat == MOVE_NONE)
2275         return true;
2276
2277     mfrom = move_from(m);
2278     mto = move_to(m);
2279     tfrom = move_from(threat);
2280     tto = move_to(threat);
2281
2282     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2283     if (mfrom == tto)
2284         return false;
2285
2286     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2287     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2288     if (   pos.move_is_capture(threat)
2289         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2290             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2291         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2292         return false;
2293
2294     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2295     // prune safe moves which block its ray.
2296     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2297         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2298         && pos.see_sign(m) >= 0)
2299         return false;
2300
2301     return true;
2302   }
2303
2304
2305   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2306   // can be used at a given point in search.
2307
2308   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2309
2310     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2311
2312     return   (   tte->depth() >= depth
2313               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2314               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2315
2316           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2317               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2318   }
2319
2320
2321   // refine_eval() returns the transposition table score if
2322   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2323
2324   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2325
2326       if (!tte)
2327           return defaultEval;
2328
2329       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2330
2331       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2332           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2333           return v;
2334
2335       return defaultEval;
2336   }
2337
2338
2339   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2340   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2341
2342   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2343                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2344
2345     Move m;
2346
2347     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2348
2349     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2350     {
2351         m = movesSearched[i];
2352
2353         assert(m != move);
2354
2355         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2356             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2357     }
2358   }
2359
2360
2361   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2362   // among the killer moves of that ply.
2363
2364   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2365
2366     if (m == ss.killers[0])
2367         return;
2368
2369     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2370         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2371
2372     ss.killers[0] = m;
2373   }
2374
2375
2376   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2377   // the static position evaluation before and after the move.
2378
2379   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2380
2381     if (   m != MOVE_NULL
2382         && before != VALUE_NONE
2383         && after != VALUE_NONE
2384         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2385         && !move_is_castle(m)
2386         && !move_is_promotion(m))
2387         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2388   }
2389
2390
2391   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2392   // since the beginning of the current search.
2393
2394   int current_search_time() {
2395
2396     return get_system_time() - SearchStartTime;
2397   }
2398
2399
2400   // nps() computes the current nodes/second count.
2401
2402   int nps() {
2403
2404     int t = current_search_time();
2405     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2406   }
2407
2408
2409   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2410   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2411   // search.
2412
2413   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2414
2415     static int lastInfoTime;
2416     int t = current_search_time();
2417
2418     //  Poll for input
2419     if (Bioskey())
2420     {
2421         // We are line oriented, don't read single chars
2422         std::string command;
2423
2424         if (!std::getline(std::cin, command))
2425             command = "quit";
2426
2427         if (command == "quit")
2428         {
2429             AbortSearch = true;
2430             PonderSearch = false;
2431             Quit = true;
2432             return;
2433         }
2434         else if (command == "stop")
2435         {
2436             AbortSearch = true;
2437             PonderSearch = false;
2438         }
2439         else if (command == "ponderhit")
2440             ponderhit();
2441     }
2442
2443     // Print search information
2444     if (t < 1000)
2445         lastInfoTime = 0;
2446
2447     else if (lastInfoTime > t)
2448         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2449         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2450         lastInfoTime = 0;
2451
2452     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2453     {
2454         lastInfoTime = t;
2455
2456         if (dbg_show_mean)
2457             dbg_print_mean();
2458
2459         if (dbg_show_hit_rate)
2460             dbg_print_hit_rate();
2461
2462         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2463              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2464
2465         // We only support current line printing in single thread mode
2466         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2467         {
2468             cout << "info currline";
2469             for (int p = 0; p < ply; p++)
2470                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2471
2472             cout << endl;
2473         }
2474     }
2475
2476     // Should we stop the search?
2477     if (PonderSearch)
2478         return;
2479
2480     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2481                            && !AspirationFailLow
2482                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2483
2484     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2485                      || stillAtFirstMove;
2486
2487     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2488         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2489         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2490         AbortSearch = true;
2491   }
2492
2493
2494   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2495   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2496   // it correctly predicted the opponent's move.
2497
2498   void ponderhit() {
2499
2500     int t = current_search_time();
2501     PonderSearch = false;
2502
2503     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2504                            && !AspirationFailLow
2505                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2506
2507     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2508                      || stillAtFirstMove;
2509
2510     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2511         AbortSearch = true;
2512   }
2513
2514
2515   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2516
2517   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2518
2519     for (int i = 0; i < 3; i++)
2520     {
2521         ss[i].init(i);
2522         ss[i].initKillers();
2523     }
2524   }
2525
2526
2527   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2528   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2529   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2530   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2531   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2532   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2533
2534   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2535
2536     std::string command;
2537
2538     while (true)
2539     {
2540         if (!std::getline(std::cin, command))
2541             command = "quit";
2542
2543         if (command == "quit")
2544         {
2545             Quit = true;
2546             break;
2547         }
2548         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2549             break;
2550     }
2551   }
2552
2553
2554   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2555   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2556
2557   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2558
2559     cout << "info depth " << Iteration
2560          << " score " << value_to_string(value)
2561          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2562             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2563          << " time "  << current_search_time()
2564          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2565          << " nps "   << nps()
2566          << " pv ";
2567
2568     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2569         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2570
2571     cout << endl;
2572
2573     if (UseLogFile)
2574     {
2575         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2576             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2577
2578         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2579                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2580     }
2581   }
2582
2583
2584   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2585   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2586   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2587   // threads and one for Windows threads.
2588
2589 #if !defined(_MSC_VER)
2590
2591   void* init_thread(void *threadID) {
2592
2593     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2594     return NULL;
2595   }
2596
2597 #else
2598
2599   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2600
2601     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2602     return 0;
2603   }
2604
2605 #endif
2606
2607
2608   /// The ThreadsManager class
2609
2610   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2611   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2612   // counters used to sort the moves at root.
2613
2614   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2615
2616     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2617         threads[i].nodes = 0ULL;
2618   }
2619
2620   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2621
2622     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2623         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2624   }
2625
2626   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2627
2628     int64_t result = 0ULL;
2629     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2630         result += threads[i].nodes;
2631
2632     return result;
2633   }
2634
2635   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2636
2637     our = their = 0UL;
2638     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2639     {
2640         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2641         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2642     }
2643   }
2644
2645
2646   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2647   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2648   // object for which the current thread is the master.
2649
2650   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2651
2652     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2653
2654     while (true)
2655     {
2656         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2657         // master should exit as last one.
2658         if (AllThreadsShouldExit)
2659         {
2660             assert(!waitSp);
2661             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2662             return;
2663         }
2664
2665         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2666         // instead of wasting CPU time polling for work.
2667         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2668         {
2669             assert(!waitSp);
2670             assert(threadID != 0);
2671             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2672
2673 #if !defined(_MSC_VER)
2674             lock_grab(&WaitLock);
2675             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2676                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2677             lock_release(&WaitLock);
2678 #else
2679             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2680 #endif
2681         }
2682
2683         // If thread has just woken up, mark it as available
2684         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2685             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2686
2687         // If this thread has been assigned work, launch a search
2688         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2689         {
2690             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2691
2692             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2693
2694             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2695                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2696             else
2697                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2698
2699             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2700
2701             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2702         }
2703
2704         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2705         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2706         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2707         {
2708             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2709
2710             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2711             return;
2712         }
2713     }
2714   }
2715
2716
2717   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2718   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2719   // objects.
2720
2721   void ThreadsManager::init_threads() {
2722
2723     volatile int i;
2724     bool ok;
2725
2726 #if !defined(_MSC_VER)
2727     pthread_t pthread[1];
2728 #endif
2729
2730     // Initialize global locks
2731     lock_init(&MPLock, NULL);
2732     lock_init(&WaitLock, NULL);
2733
2734 #if !defined(_MSC_VER)
2735     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2736 #else
2737     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2738         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2739 #endif
2740
2741     // Initialize SplitPointStack locks
2742     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2743         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2744         {
2745             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2746             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2747         }
2748
2749     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2750     AllThreadsShouldExit = false;
2751
2752     // Threads will be put to sleep as soon as created
2753     AllThreadsShouldSleep = true;
2754
2755     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2756     ActiveThreads = 1;
2757     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2758     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2759         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2760
2761     // Launch the helper threads
2762     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2763     {
2764
2765 #if !defined(_MSC_VER)
2766         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2767 #else
2768         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2769 #endif
2770
2771         if (!ok)
2772         {
2773             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2774             Application::exit_with_failure();
2775         }
2776
2777         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2778         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2779     }
2780   }
2781
2782
2783   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2784   // helper threads exit cleanly.
2785
2786   void ThreadsManager::exit_threads() {
2787
2788     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2789     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2790     wake_sleeping_threads();
2791
2792     // This makes the threads to exit idle_loop()
2793     AllThreadsShouldExit = true;
2794
2795     // Wait for thread termination
2796     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2797         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2798
2799     // Now we can safely destroy the locks
2800     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2801         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2802             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2803
2804     lock_destroy(&WaitLock);
2805     lock_destroy(&MPLock);
2806   }
2807
2808
2809   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2810   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2811   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2812
2813   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2814
2815     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2816
2817     SplitPoint* sp;
2818
2819     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2820     return sp != NULL;
2821   }
2822
2823
2824   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2825   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2826   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2827   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2828   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2829   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2830   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2831
2832   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2833
2834     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2835     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2836     assert(ActiveThreads > 1);
2837
2838     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2839         return false;
2840
2841     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2842     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2843
2844     if (localActiveSplitPoints == 0)
2845         // No active split points means that the thread is available as
2846         // a slave for any other thread.
2847         return true;
2848
2849     if (ActiveThreads == 2)
2850         return true;
2851
2852     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2853     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2854     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2855     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2856         return true;
2857
2858     return false;
2859   }
2860
2861
2862   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2863   // a slave for the thread with threadID "master".
2864
2865   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2866
2867     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2868     assert(ActiveThreads > 1);
2869
2870     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2871         if (thread_is_available(i, master))
2872             return true;
2873
2874     return false;
2875   }
2876
2877
2878   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2879   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2880   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2881   // split point objects), the function immediately returns false. If
2882   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2883   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2884   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2885   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2886   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2887   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2888   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2889
2890   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2891              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2892              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2893
2894     assert(p.is_ok());
2895     assert(sstck != NULL);
2896     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2897     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2898     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2899            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2900     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2901     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2902     assert(depth > Depth(0));
2903     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2904     assert(ActiveThreads > 1);
2905
2906     SplitPoint* splitPoint;
2907
2908     lock_grab(&MPLock);
2909
2910     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2911     // active split points, don't split.
2912     if (   !available_thread_exists(master)
2913         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2914     {
2915         lock_release(&MPLock);
2916         return false;
2917     }
2918
2919     // Pick the next available split point object from the split point stack
2920     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2921
2922     // Initialize the split point object
2923     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2924     splitPoint->stopRequest = false;
2925     splitPoint->ply = ply;
2926     splitPoint->depth = depth;
2927     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2928     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2929     splitPoint->beta = beta;
2930     splitPoint->pvNode = pvNode;
2931     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2932     splitPoint->master = master;
2933     splitPoint->mp = mp;
2934     splitPoint->moves = *moves;
2935     splitPoint->cpus = 1;
2936     splitPoint->pos = &p;
2937     splitPoint->parentSstack = sstck;
2938     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2939         splitPoint->slaves[i] = 0;
2940
2941     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2942     threads[master].activeSplitPoints++;
2943
2944     // If we are here it means we are not available
2945     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2946
2947     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2948     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2949         if (thread_is_available(i, master))
2950         {
2951             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2952             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2953             splitPoint->slaves[i] = 1;
2954             splitPoint->cpus++;
2955         }
2956
2957     assert(splitPoint->cpus > 1);
2958
2959     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2960     lock_release(&MPLock);
2961
2962     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2963     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2964     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2965         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2966         {
2967             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2968
2969             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2970
2971             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2972         }
2973
2974     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2975     // which it will instantly launch a search, because its state is
2976     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2977     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2978     // loop when all threads have finished their work at this split point
2979     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2980     idle_loop(master, splitPoint);
2981
2982     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2983     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2984     lock_grab(&MPLock);
2985
2986     if (pvNode)
2987         *alpha = splitPoint->alpha;
2988
2989     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2990     threads[master].activeSplitPoints--;
2991     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2992
2993     lock_release(&MPLock);
2994     return true;
2995   }
2996
2997
2998   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2999   // to start a new search from the root.
3000
3001   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3002
3003     assert(AllThreadsShouldSleep);
3004     assert(ActiveThreads > 0);
3005
3006     AllThreadsShouldSleep = false;
3007
3008     if (ActiveThreads == 1)
3009         return;
3010
3011 #if !defined(_MSC_VER)
3012     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3013     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3014     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3015 #else
3016     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3017         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3018 #endif
3019
3020   }
3021
3022
3023   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3024   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3025   // finished the job and should be idle.
3026
3027   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3028
3029     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3030
3031     // This makes the threads to go to sleep
3032     AllThreadsShouldSleep = true;
3033   }
3034
3035   /// The RootMoveList class
3036
3037   // RootMoveList c'tor
3038
3039   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3040
3041     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3042     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3043     StateInfo st;
3044     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3045
3046     // Generate all legal moves
3047     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3048
3049     // Add each move to the moves[] array
3050     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3051     {
3052         bool includeMove = includeAllMoves;
3053
3054         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3055             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3056
3057         if (!includeMove)
3058             continue;
3059
3060         // Find a quick score for the move
3061         init_ss_array(ss);
3062         pos.do_move(cur->move, st);
3063         moves[count].move = cur->move;
3064         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3065         moves[count].pv[0] = cur->move;
3066         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3067         pos.undo_move(cur->move);
3068         count++;
3069     }
3070     sort();
3071   }
3072
3073
3074   // RootMoveList simple methods definitions
3075
3076   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3077
3078     moves[moveNum].nodes = nodes;
3079     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3080   }
3081
3082   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3083
3084     moves[moveNum].ourBeta = our;
3085     moves[moveNum].theirBeta = their;
3086   }
3087
3088   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3089
3090     int j;
3091
3092     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3093         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3094
3095     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3096   }
3097
3098
3099   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3100   // iteration.
3101
3102   void RootMoveList::sort() {
3103
3104     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3105   }
3106
3107
3108   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3109   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3110   // correctly in MultiPV mode.
3111
3112   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3113
3114     int i,j;
3115
3116     for (i = 1; i <= n; i++)
3117     {
3118         RootMove rm = moves[i];
3119         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3120             moves[j] = moves[j - 1];
3121
3122         moves[j] = rm;
3123     }
3124   }
3125
3126 } // namspace