Introduce and use SearchLimits
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>
23 #include <fstream>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26 #include <vector>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "history.h"
31 #include "misc.h"
32 #include "move.h"
33 #include "movegen.h"
34 #include "movepick.h"
35 #include "lock.h"
36 #include "search.h"
37 #include "timeman.h"
38 #include "thread.h"
39 #include "tt.h"
40 #include "ucioption.h"
41
42 using std::cout;
43 using std::endl;
44
45 namespace {
46
47   // Different node types, used as template parameter
48   enum NodeType { NonPV, PV };
49
50   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging.
51   const bool FakeSplit = false;
52
53   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
54   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
55   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff like init,
58   // starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a split
59   // point. All the access to shared thread data is done through this class.
60
61   class ThreadsManager {
62     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
63        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
64        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
65     */
66   public:
67     Thread& operator[](int threadID) { return threads[threadID]; }
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int min_split_depth() const { return minimumSplitDepth; }
72     int active_threads() const { return activeThreads; }
73     void set_active_threads(int cnt) { activeThreads = cnt; }
74
75     void read_uci_options();
76     bool available_thread_exists(int master) const;
77     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
78     bool cutoff_at_splitpoint(int threadID) const;
79     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp);
80
81     template <bool Fake>
82     void split(Position& pos, SearchStack* ss, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
83                Depth depth, Move threatMove, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode);
84   private:
85     Lock mpLock;
86     Depth minimumSplitDepth;
87     int maxThreadsPerSplitPoint;
88     bool useSleepingThreads;
89     int activeThreads;
90     volatile bool allThreadsShouldExit;
91     Thread threads[MAX_THREADS];
92   };
93
94
95   // RootMove struct is used for moves at the root of the tree. For each root
96   // move, we store two scores, a node count, and a PV (really a refutation
97   // in the case of moves which fail low). Value pv_score is normally set at
98   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves, while non_pv_score is computed
99   // according to the order in which moves are returned by MovePicker.
100
101   struct RootMove {
102
103     RootMove();
104     RootMove(const RootMove& rm) { *this = rm; }
105     RootMove& operator=(const RootMove& rm);
106
107     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
108     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
109     // than a move m2 if it has an higher pv_score, or if it has
110     // equal pv_score but m1 has the higher non_pv_score. In this way
111     // we are guaranteed that PV moves are always sorted as first.
112     bool operator<(const RootMove& m) const {
113       return pv_score != m.pv_score ? pv_score < m.pv_score
114                                     : non_pv_score < m.non_pv_score;
115     }
116
117     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
118     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
119     std::string pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, int selDepth,
120                                Value alpha, Value beta, int pvIdx);
121     int64_t nodes;
122     Value pv_score;
123     Value non_pv_score;
124     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
125   };
126
127
128   // RootMoveList struct is just a vector of RootMove objects,
129   // with an handful of methods above the standard ones.
130
131   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
132
133     typedef std::vector<RootMove> Base;
134
135     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
136     void sort() { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), end()); }
137     void sort_multipv(int n) { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), begin() + n); }
138
139     int bestMoveChanges;
140   };
141
142
143   // Overload operator<<() to make it easier to print moves in a coordinate
144   // notation compatible with UCI protocol.
145   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
146
147     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
148     return os << move_to_uci(m, chess960);
149   }
150
151
152   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
153   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
154   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
155   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
156   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
157   // operator<<() that will read it to properly format castling moves.
158   enum set960 {};
159
160   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
161
162     os.iword(0) = int(f);
163     return os;
164   }
165
166
167   /// Adjustments
168
169   // Step 6. Razoring
170
171   // Maximum depth for razoring
172   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
173
174   // Dynamic razoring margin based on depth
175   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
176
177   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
178   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
179
180   // Step 9. Internal iterative deepening
181
182   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
183   const Depth IIDDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 5 * ONE_PLY /* PV */};
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options. Array index 0 is used at
192   // non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 6 * ONE_PLY /* PV */};
198
199   // Step 12. Futility pruning
200
201   // Futility margin for quiescence search
202   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
203
204   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
205   Value FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
206   int FutilityMoveCountArray[32];      // [depth]
207
208   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 1)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE; }
209   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
210
211   // Step 14. Reduced search
212
213   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
214   int8_t ReductionMatrix[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
215
216   template <NodeType PV>
217   inline Depth reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) ReductionMatrix[PV][Min(d / ONE_PLY, 63)][Min(mn, 63)]; }
218
219   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
220   // better than the second best move.
221   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
222
223
224   /// Namespace variables
225
226   // Book
227   Book OpeningBook;
228
229   // Root move list
230   RootMoveList Rml;
231
232   // MultiPV mode
233   int MultiPV, UCIMultiPV;
234
235   // Time management variables
236   bool StopOnPonderhit, FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
237   TimeManager TimeMgr;
238   SearchLimits Limits;
239
240   // Log file
241   bool UseLogFile;
242   std::ofstream LogFile;
243
244   // Skill level adjustment
245   int SkillLevel;
246   bool SkillLevelEnabled;
247   RKISS RK;
248
249   // Multi-threads manager
250   ThreadsManager ThreadsMgr;
251
252   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
253   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
254   bool SendSearchedNodes;
255   int NodesSincePoll;
256   int NodesBetweenPolls = 30000;
257
258   // History table
259   History H;
260
261
262   /// Local functions
263
264   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
265
266   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
267   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
268
269   template <NodeType PvNode>
270   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
271
272   template <NodeType PvNode>
273   inline Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
274
275     return depth < ONE_PLY ? qsearch<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO)
276                            : search<PvNode, false, false>(pos, ss, alpha, beta, depth);
277   }
278
279   template <NodeType PvNode>
280   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion, bool moveIsCheck, bool* dangerous);
281
282   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
283   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
284   Value value_to_tt(Value v, int ply);
285   Value value_from_tt(Value v, int ply);
286   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
287   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
288   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
289   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
290   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
291   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder);
292
293   int current_search_time(int set = 0);
294   std::string value_to_uci(Value v);
295   std::string speed_to_uci(int64_t nodes);
296   void poll(const Position& pos);
297   void wait_for_stop_or_ponderhit();
298
299 #if !defined(_MSC_VER)
300   void* init_thread(void* threadID);
301 #else
302   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
303 #endif
304
305
306   // MovePickerExt is an extended MovePicker class used to choose at compile time
307   // the proper move source according to the type of node.
308   template<bool SpNode, bool Root> struct MovePickerExt;
309
310   // In Root nodes use RootMoveList as source. Score and sort the root moves
311   // before to search them.
312   template<> struct MovePickerExt<false, true> : public MovePicker {
313
314     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
315                  : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), firstCall(true) {
316       Move move;
317       Value score = VALUE_ZERO;
318
319       // Score root moves using standard ordering used in main search, the moves
320       // are scored according to the order in which they are returned by MovePicker.
321       // This is the second order score that is used to compare the moves when
322       // the first orders pv_score of both moves are equal.
323       while ((move = MovePicker::get_next_move()) != MOVE_NONE)
324           for (rm = Rml.begin(); rm != Rml.end(); ++rm)
325               if (rm->pv[0] == move)
326               {
327                   rm->non_pv_score = score--;
328                   break;
329               }
330
331       Rml.sort();
332       rm = Rml.begin();
333     }
334
335     Move get_next_move() {
336
337       if (!firstCall)
338           ++rm;
339       else
340           firstCall = false;
341
342       return rm != Rml.end() ? rm->pv[0] : MOVE_NONE;
343     }
344
345     RootMoveList::iterator rm;
346     bool firstCall;
347   };
348
349   // In SpNodes use split point's shared MovePicker object as move source
350   template<> struct MovePickerExt<true, false> : public MovePicker {
351
352     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
353                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
354
355     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
356
357     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
358     MovePicker* mp;
359   };
360
361   // Default case, create and use a MovePicker object as source
362   template<> struct MovePickerExt<false, false> : public MovePicker {
363
364     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
365                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
366
367     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
368   };
369
370 } // namespace
371
372
373 /// init_threads() is called during startup. It initializes various lookup tables
374 /// and creates and launches search threads.
375
376 void init_threads() {
377
378   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
379   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
380   int mc; // moveCount
381
382   // Init reductions array
383   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
384   {
385       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
386       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
387       ReductionMatrix[PV][hd][mc]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
388       ReductionMatrix[NonPV][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
389   }
390
391   // Init futility margins array
392   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
393       FutilityMarginsMatrix[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
394
395   // Init futility move count array
396   for (d = 0; d < 32; d++)
397       FutilityMoveCountArray[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
398
399   // Create and startup threads
400   ThreadsMgr.init_threads();
401 }
402
403
404 /// exit_threads() is a trampoline to access ThreadsMgr from outside of current file
405 void exit_threads() { ThreadsMgr.exit_threads(); }
406
407
408 /// perft() is our utility to verify move generation. All the legal moves up to
409 /// given depth are generated and counted and the sum returned.
410
411 int64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
412
413   MoveStack mlist[MOVES_MAX];
414   StateInfo st;
415   Move m;
416   int64_t sum = 0;
417
418   // Generate all legal moves
419   MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
420
421   // If we are at the last ply we don't need to do and undo
422   // the moves, just to count them.
423   if (depth <= ONE_PLY)
424       return int(last - mlist);
425
426   // Loop through all legal moves
427   CheckInfo ci(pos);
428   for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
429   {
430       m = cur->move;
431       pos.do_move(m, st, ci, pos.move_is_check(m, ci));
432       sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
433       pos.undo_move(m);
434   }
435   return sum;
436 }
437
438
439 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
440 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various global
441 /// variables, and calls id_loop(). It returns false when a "quit" command is
442 /// received during the search.
443
444 bool think(Position& pos, const SearchLimits& limits, Move searchMoves[]) {
445
446   // Initialize global search-related variables
447   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
448   NodesSincePoll = 0;
449   current_search_time(get_system_time());
450   Limits = limits;
451   TimeMgr.init(Limits, pos.startpos_ply_counter());
452
453   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under time pressure
454   if (Limits.maxNodes)
455       NodesBetweenPolls = Min(Limits.maxNodes, 30000);
456   else if (Limits.time && Limits.time < 1000)
457       NodesBetweenPolls = 1000;
458   else if (Limits.time && Limits.time < 5000)
459       NodesBetweenPolls = 5000;
460   else
461       NodesBetweenPolls = 30000;
462
463   // Look for a book move, only during games, not tests
464   if (Limits.useTimeManagement() && Options["OwnBook"].value<bool>())
465   {
466       if (Options["Book File"].value<std::string>() != OpeningBook.name())
467           OpeningBook.open(Options["Book File"].value<std::string>());
468
469       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
470       if (bookMove != MOVE_NONE)
471       {
472           if (Limits.ponder)
473               wait_for_stop_or_ponderhit();
474
475           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
476           return !QuitRequest;
477       }
478   }
479
480   // Read UCI options
481   CheckExtension[1]         = Options["Check Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
482   CheckExtension[0]         = Options["Check Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
483   PawnPushTo7thExtension[1] = Options["Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
484   PawnPushTo7thExtension[0] = Options["Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
485   PassedPawnExtension[1]    = Options["Passed Pawn Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
486   PassedPawnExtension[0]    = Options["Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
487   PawnEndgameExtension[1]   = Options["Pawn Endgame Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
488   PawnEndgameExtension[0]   = Options["Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
489   UCIMultiPV                = Options["MultiPV"].value<int>();
490   SkillLevel                = Options["Skill level"].value<int>();
491   UseLogFile                = Options["Use Search Log"].value<bool>();
492
493   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
494
495   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
496   {
497       Options["Clear Hash"].set_value("false");
498       TT.clear();
499   }
500   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
501
502   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
503   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
504   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
505   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? Max(UCIMultiPV, 4) : UCIMultiPV);
506
507   // Set the number of active threads
508   ThreadsMgr.read_uci_options();
509   init_eval(ThreadsMgr.active_threads());
510
511   // Wake up needed threads and reset maxPly counter
512   for (int i = 0; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
513   {
514       ThreadsMgr[i].wake_up();
515       ThreadsMgr[i].maxPly = 0;
516   }
517
518   // Write to log file and keep it open to be accessed during the search
519   if (UseLogFile)
520   {
521       std::string name = Options["Search Log Filename"].value<std::string>();
522       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
523
524       LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
525               << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
526               << " ponder: "      << Limits.ponder
527               << " time: "        << Limits.time
528               << " increment: "   << Limits.increment
529               << " moves to go: " << Limits.movesToGo
530               << endl;
531   }
532
533   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
534   Move ponderMove = MOVE_NONE;
535   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
536
537   cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
538
539   // Write final search statistics and close log file
540   if (UseLogFile)
541   {
542       int t = current_search_time();
543
544       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
545               << "\nNodes/second: " << (t > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / t : 0)
546               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
547
548       StateInfo st;
549       pos.do_move(bestMove, st);
550       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
551       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
552       LogFile.close();
553   }
554
555   // This makes all the threads to go to sleep
556   ThreadsMgr.set_active_threads(1);
557
558   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
559   // best move before we are told to do so.
560   if (!StopRequest && (Limits.ponder || Limits.infinite))
561       wait_for_stop_or_ponderhit();
562
563   // Could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
564   cout << "bestmove " << bestMove;
565
566   // UCI protol is not clear on allowing sending an empty ponder move, instead
567   // it is clear that ponder move is optional. So skip it if empty.
568   if (ponderMove != MOVE_NONE)
569       cout << " ponder " << ponderMove;
570
571   cout << endl;
572
573   return !QuitRequest;
574 }
575
576
577 namespace {
578
579   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
580   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
581   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
582
583   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
584
585     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
586     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
587     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
588     int depth, selDepth, aspirationDelta;
589     Value value, alpha, beta;
590     Move bestMove, easyMove, skillBest, skillPonder;
591
592     // Initialize stuff before a new search
593     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
594     TT.new_search();
595     H.clear();
596     *ponderMove = bestMove = easyMove = skillBest = skillPonder = MOVE_NONE;
597     depth = aspirationDelta = 0;
598     alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
599     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
600
601     // Moves to search are verified and copied
602     Rml.init(pos, searchMoves);
603
604     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
605     if (Rml.size() == 0)
606     {
607         cout << "info depth 0 score "
608              << value_to_uci(pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
609              << endl;
610
611         return MOVE_NONE;
612     }
613
614     // Iterative deepening loop
615     while (++depth <= PLY_MAX && (!Limits.maxDepth || depth <= Limits.maxDepth) && !StopRequest)
616     {
617         Rml.bestMoveChanges = 0;
618         cout << set960(pos.is_chess960()) << "info depth " << depth << endl;
619
620         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
621         if (MultiPV == 1 && depth >= 5 && abs(bestValues[depth - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
622         {
623             int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
624             int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
625
626             aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
627             aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
628
629             alpha = Max(bestValues[depth - 1] - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
630             beta  = Min(bestValues[depth - 1] + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
631         }
632
633         // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
634         // research with bigger window until not failing high/low anymore.
635         do {
636             // Search starting from ss+1 to allow calling update_gains()
637             value = search<PV, false, true>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
638
639             // Write PV back to transposition table in case the relevant entries
640             // have been overwritten during the search.
641             for (int i = 0; i < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); i++)
642                 Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
643
644             // Value cannot be trusted. Break out immediately!
645             if (StopRequest)
646                 break;
647
648             assert(value >= alpha);
649
650             // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
651             // otherwise exit the fail high/low loop.
652             if (value >= beta)
653             {
654                 beta = Min(beta + aspirationDelta, VALUE_INFINITE);
655                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
656             }
657             else if (value <= alpha)
658             {
659                 AspirationFailLow = true;
660                 StopOnPonderhit = false;
661
662                 alpha = Max(alpha - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
663                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
664             }
665             else
666                 break;
667
668         } while (abs(value) < VALUE_KNOWN_WIN);
669
670         // Collect info about search result
671         bestMove = Rml[0].pv[0];
672         *ponderMove = Rml[0].pv[1];
673         bestValues[depth] = value;
674         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
675
676         // Do we need to pick now the best and the ponder moves ?
677         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
678             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
679
680         // Retrieve max searched depth among threads
681         selDepth = 0;
682         for (int i = 0; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
683             if (ThreadsMgr[i].maxPly > selDepth)
684                 selDepth = ThreadsMgr[i].maxPly;
685
686         // Send PV line to GUI and to log file
687         for (int i = 0; i < Min(UCIMultiPV, (int)Rml.size()); i++)
688             cout << Rml[i].pv_info_to_uci(pos, depth, selDepth, alpha, beta, i) << endl;
689
690         if (UseLogFile)
691             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), Rml[0].pv) << endl;
692
693         // Init easyMove after first iteration or drop if differs from the best move
694         if (depth == 1 && (Rml.size() == 1 || Rml[0].pv_score > Rml[1].pv_score + EasyMoveMargin))
695             easyMove = bestMove;
696         else if (bestMove != easyMove)
697             easyMove = MOVE_NONE;
698
699         if (Limits.useTimeManagement() && !StopRequest)
700         {
701             // Time to stop?
702             bool noMoreTime = false;
703
704             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
705             if (   depth >= 5
706                 && abs(bestValues[depth])     >= abs(VALUE_MATE) - 100
707                 && abs(bestValues[depth - 1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
708                 noMoreTime = true;
709
710             // Stop search early if one move seems to be much better than the
711             // others or if there is only a single legal move. In this latter
712             // case we search up to Iteration 8 anyway to get a proper score.
713             if (   depth >= 7
714                 && easyMove == bestMove
715                 && (   Rml.size() == 1
716                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
717                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
718                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
719                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
720                 noMoreTime = true;
721
722             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
723             if (depth > 4 && depth < 50)
724                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth-1]);
725
726             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
727             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
728             // move at the next iteration anyway.
729             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 80) / 128)
730                 noMoreTime = true;
731
732             if (noMoreTime)
733             {
734                 if (Limits.ponder)
735                     StopOnPonderhit = true;
736                 else
737                     break;
738             }
739         }
740     }
741
742     // When using skills fake best and ponder moves with the sub-optimal ones
743     if (SkillLevelEnabled)
744     {
745         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
746             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
747
748         bestMove = skillBest;
749         *ponderMove = skillPonder;
750     }
751
752     return bestMove;
753   }
754
755
756   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
757   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
758   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
759   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
760   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
761   // here: This is taken care of after we return from the split point.
762
763   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
764   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
765
766     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
767     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
768     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
769     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
770
771     Move movesSearched[MOVES_MAX];
772     int64_t nodes;
773     StateInfo st;
774     const TTEntry *tte;
775     Key posKey;
776     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
777     Depth ext, newDepth;
778     ValueType vt;
779     Value bestValue, value, oldAlpha;
780     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValueScaled; // Non-PV specific
781     bool isPvMove, isCheck, singularExtensionNode, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous, isBadCap;
782     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
783     int threadID = pos.thread();
784     SplitPoint* sp = NULL;
785
786     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
787     oldAlpha = alpha;
788     isCheck = pos.is_check();
789     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
790
791     // Used to send selDepth info to GUI
792     if (PvNode && ThreadsMgr[threadID].maxPly < ss->ply)
793         ThreadsMgr[threadID].maxPly = ss->ply;
794
795     if (SpNode)
796     {
797         sp = ss->sp;
798         tte = NULL;
799         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
800         threatMove = sp->threatMove;
801         goto split_point_start;
802     }
803     else if (Root)
804         bestValue = alpha;
805
806     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
807     ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
808     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
809     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = (ss+2)->mateKiller = MOVE_NONE;
810
811     if (threadID == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
812     {
813         NodesSincePoll = 0;
814         poll(pos);
815     }
816
817     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
818     if ((   StopRequest
819          || ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)
820          || pos.is_draw()
821          || ss->ply > PLY_MAX) && !Root)
822         return VALUE_DRAW;
823
824     // Step 3. Mate distance pruning
825     alpha = Max(value_mated_in(ss->ply), alpha);
826     beta = Min(value_mate_in(ss->ply+1), beta);
827     if (alpha >= beta)
828         return alpha;
829
830     // Step 4. Transposition table lookup
831     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
832     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
833     excludedMove = ss->excludedMove;
834     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
835
836     tte = TT.retrieve(posKey);
837     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
838
839     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
840     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
841     // smooth experience in analysis mode.
842     if (   !Root
843         && tte
844         && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
845                    : ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ss->ply)))
846     {
847         TT.refresh(tte);
848         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
849         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
850     }
851
852     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
853     if (isCheck)
854         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
855     else if (tte)
856     {
857         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
858
859         ss->eval = tte->static_value();
860         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
861         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ss->ply);
862     }
863     else
864     {
865         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
866         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
867     }
868
869     // Save gain for the parent non-capture move
870     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
871
872     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
873     if (   !PvNode
874         &&  depth < RazorDepth
875         && !isCheck
876         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
877         &&  ttMove == MOVE_NONE
878         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
879         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
880     {
881         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
882         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
883         if (v < rbeta)
884             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
885             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
886             return v;
887     }
888
889     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
890     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
891     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
892     if (   !PvNode
893         && !ss->skipNullMove
894         &&  depth < RazorDepth
895         && !isCheck
896         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
897         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
898         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
899         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
900
901     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
902     if (   !PvNode
903         && !ss->skipNullMove
904         &&  depth > ONE_PLY
905         && !isCheck
906         &&  refinedValue >= beta
907         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
908         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
909     {
910         ss->currentMove = MOVE_NULL;
911
912         // Null move dynamic reduction based on depth
913         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
914
915         // Null move dynamic reduction based on value
916         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
917             R++;
918
919         pos.do_null_move(st);
920         (ss+1)->skipNullMove = true;
921         nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY);
922         (ss+1)->skipNullMove = false;
923         pos.undo_null_move();
924
925         if (nullValue >= beta)
926         {
927             // Do not return unproven mate scores
928             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
929                 nullValue = beta;
930
931             if (depth < 6 * ONE_PLY)
932                 return nullValue;
933
934             // Do verification search at high depths
935             ss->skipNullMove = true;
936             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY);
937             ss->skipNullMove = false;
938
939             if (v >= beta)
940                 return nullValue;
941         }
942         else
943         {
944             // The null move failed low, which means that we may be faced with
945             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
946             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
947             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
948             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
949             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
950             threatMove = (ss+1)->bestMove;
951
952             if (   depth < ThreatDepth
953                 && (ss-1)->reduction
954                 && threatMove != MOVE_NONE
955                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
956                 return beta - 1;
957         }
958     }
959
960     // Step 9. Internal iterative deepening
961     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
962         && ttMove == MOVE_NONE
963         && (PvNode || (!isCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
964     {
965         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
966
967         ss->skipNullMove = true;
968         search<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, d);
969         ss->skipNullMove = false;
970
971         ttMove = ss->bestMove;
972         tte = TT.retrieve(posKey);
973     }
974
975 split_point_start: // At split points actual search starts from here
976
977     // Initialize a MovePicker object for the current position
978     MovePickerExt<SpNode, Root> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, (PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta));
979     CheckInfo ci(pos);
980     ss->bestMove = MOVE_NONE;
981     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
982     singularExtensionNode =   !Root
983                            && !SpNode
984                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
985                            && tte
986                            && tte->move()
987                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
988                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
989                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
990     if (SpNode)
991     {
992         lock_grab(&(sp->lock));
993         bestValue = sp->bestValue;
994     }
995
996     // Step 10. Loop through moves
997     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
998     while (   bestValue < beta
999            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1000            && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1001     {
1002       assert(move_is_ok(move));
1003
1004       if (SpNode)
1005       {
1006           moveCount = ++sp->moveCount;
1007           lock_release(&(sp->lock));
1008       }
1009       else if (move == excludedMove)
1010           continue;
1011       else
1012           moveCount++;
1013
1014       if (Root)
1015       {
1016           // This is used by time management
1017           FirstRootMove = (moveCount == 1);
1018
1019           // Save the current node count before the move is searched
1020           nodes = pos.nodes_searched();
1021
1022           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
1023           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1024           if (SendSearchedNodes)
1025           {
1026               SendSearchedNodes = false;
1027               cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
1028           }
1029
1030           if (current_search_time() > 2000)
1031               cout << "info currmove " << move
1032                    << " currmovenumber " << moveCount << endl;
1033       }
1034
1035       // At Root and at first iteration do a PV search on all the moves to score root moves
1036       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (Root ? depth <= ONE_PLY ? 1000 : MultiPV : 1));
1037       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1038       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1039
1040       // Step 11. Decide the new search depth
1041       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, moveIsCheck, &dangerous);
1042
1043       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
1044       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
1045       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
1046       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
1047       // a margin then we extend ttMove.
1048       if (   singularExtensionNode
1049           && move == tte->move()
1050           && ext < ONE_PLY)
1051       {
1052           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1053
1054           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1055           {
1056               Value rBeta = ttValue - int(depth);
1057               ss->excludedMove = move;
1058               ss->skipNullMove = true;
1059               Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
1060               ss->skipNullMove = false;
1061               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1062               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1063               if (v < rBeta)
1064                   ext = ONE_PLY;
1065           }
1066       }
1067
1068       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1069       ss->currentMove = move;
1070       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1071
1072       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1073       if (   !PvNode
1074           && !captureOrPromotion
1075           && !isCheck
1076           && !dangerous
1077           &&  move != ttMove
1078           && !move_is_castle(move))
1079       {
1080           // Move count based pruning
1081           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1082               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove))
1083               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX) // FIXME bestValue is racy
1084           {
1085               if (SpNode)
1086                   lock_grab(&(sp->lock));
1087
1088               continue;
1089           }
1090
1091           // Value based pruning
1092           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1093           // but fixing this made program slightly weaker.
1094           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<NonPV>(depth, moveCount);
1095           futilityValueScaled =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1096                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1097
1098           if (futilityValueScaled < beta)
1099           {
1100               if (SpNode)
1101               {
1102                   lock_grab(&(sp->lock));
1103                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1104                       sp->bestValue = bestValue = futilityValueScaled;
1105               }
1106               else if (futilityValueScaled > bestValue)
1107                   bestValue = futilityValueScaled;
1108
1109               continue;
1110           }
1111
1112           // Prune moves with negative SEE at low depths
1113           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1114               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1115               && pos.see_sign(move) < 0)
1116           {
1117               if (SpNode)
1118                   lock_grab(&(sp->lock));
1119
1120               continue;
1121           }
1122       }
1123
1124       // Bad capture detection. Will be used by prob-cut search
1125       isBadCap =   depth >= 3 * ONE_PLY
1126                 && depth < 8 * ONE_PLY
1127                 && captureOrPromotion
1128                 && move != ttMove
1129                 && !dangerous
1130                 && !move_is_promotion(move)
1131                 &&  abs(alpha) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
1132                 &&  pos.see_sign(move) < 0;
1133
1134       // Step 13. Make the move
1135       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1136
1137       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1138           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1139
1140       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1141       // The first move in list is the expected PV
1142       if (isPvMove)
1143       {
1144           // Aspiration window is disabled in multi-pv case
1145           if (Root && MultiPV > 1)
1146               alpha = -VALUE_INFINITE;
1147
1148           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1149       }
1150       else
1151       {
1152           // Step 14. Reduced depth search
1153           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1154           bool doFullDepthSearch = true;
1155           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1156
1157           if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1158               && !captureOrPromotion
1159               && !dangerous
1160               && !move_is_castle(move)
1161               &&  ss->killers[0] != move
1162               &&  ss->killers[1] != move)
1163           {
1164               ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1165               if (ss->reduction)
1166               {
1167                   alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1168                   Depth d = newDepth - ss->reduction;
1169                   value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
1170
1171                   doFullDepthSearch = (value > alpha);
1172               }
1173               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1174           }
1175
1176           // Probcut search for bad captures. If a reduced search returns a value
1177           // very below beta then we can (almost) safely prune the bad capture.
1178           if (isBadCap)
1179           {
1180               ss->reduction = 3 * ONE_PLY;
1181               Value rAlpha = alpha - 300;
1182               Depth d = newDepth - ss->reduction;
1183               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(rAlpha+1), -rAlpha, d);
1184               doFullDepthSearch = (value > rAlpha);
1185               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1186           }
1187
1188           // Step 15. Full depth search
1189           if (doFullDepthSearch)
1190           {
1191               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1192               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
1193
1194               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1195               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1196               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1197               if (PvNode && value > alpha && (Root || value < beta))
1198                   value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1199           }
1200       }
1201
1202       // Step 16. Undo move
1203       pos.undo_move(move);
1204
1205       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1206
1207       // Step 17. Check for new best move
1208       if (SpNode)
1209       {
1210           lock_grab(&(sp->lock));
1211           bestValue = sp->bestValue;
1212           alpha = sp->alpha;
1213       }
1214
1215       if (value > bestValue && !(SpNode && ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)))
1216       {
1217           bestValue = value;
1218
1219           if (SpNode)
1220               sp->bestValue = value;
1221
1222           if (!Root && value > alpha)
1223           {
1224               if (PvNode && value < beta) // We want always alpha < beta
1225               {
1226                   alpha = value;
1227
1228                   if (SpNode)
1229                       sp->alpha = value;
1230               }
1231               else if (SpNode)
1232                   sp->betaCutoff = true;
1233
1234               if (value == value_mate_in(ss->ply + 1))
1235                   ss->mateKiller = move;
1236
1237               ss->bestMove = move;
1238
1239               if (SpNode)
1240                   sp->ss->bestMove = move;
1241           }
1242       }
1243
1244       if (Root)
1245       {
1246           // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1247           // was aborted because the user interrupted the search or because we
1248           // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1249           // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
1250           // move and/or PV.
1251           if (StopRequest)
1252               break;
1253
1254           // Remember searched nodes counts for this move
1255           mp.rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1256
1257           // PV move or new best move ?
1258           if (isPvMove || value > alpha)
1259           {
1260               // Update PV
1261               ss->bestMove = move;
1262               mp.rm->pv_score = value;
1263               mp.rm->extract_pv_from_tt(pos);
1264
1265               // We record how often the best move has been changed in each
1266               // iteration. This information is used for time management: When
1267               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1268               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1269                   Rml.bestMoveChanges++;
1270
1271               Rml.sort_multipv(moveCount);
1272
1273               // Update alpha. In multi-pv we don't use aspiration window, so
1274               // set alpha equal to minimum score among the PV lines.
1275               if (MultiPV > 1)
1276                   alpha = Rml[Min(moveCount, MultiPV) - 1].pv_score; // FIXME why moveCount?
1277               else if (value > alpha)
1278                   alpha = value;
1279           }
1280           else
1281               mp.rm->pv_score = -VALUE_INFINITE;
1282
1283       } // Root
1284
1285       // Step 18. Check for split
1286       if (   !Root
1287           && !SpNode
1288           && depth >= ThreadsMgr.min_split_depth()
1289           && ThreadsMgr.active_threads() > 1
1290           && bestValue < beta
1291           && ThreadsMgr.available_thread_exists(threadID)
1292           && !StopRequest
1293           && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1294           ThreadsMgr.split<FakeSplit>(pos, ss, &alpha, beta, &bestValue, depth,
1295                                       threatMove, moveCount, &mp, PvNode);
1296     }
1297
1298     // Step 19. Check for mate and stalemate
1299     // All legal moves have been searched and if there are
1300     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1301     // If one move was excluded return fail low score.
1302     if (!SpNode && !moveCount)
1303         return excludedMove ? oldAlpha : isCheck ? value_mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1304
1305     // Step 20. Update tables
1306     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1307     // history counters, and killer moves.
1308     if (!SpNode && !StopRequest && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1309     {
1310         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1311         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1312              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1313
1314         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1315
1316         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1317         if (    bestValue >= beta
1318             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1319         {
1320             if (move != ss->killers[0])
1321             {
1322                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1323                 ss->killers[0] = move;
1324             }
1325             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1326         }
1327     }
1328
1329     if (SpNode)
1330     {
1331         // Here we have the lock still grabbed
1332         sp->slaves[threadID] = 0;
1333         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1334         lock_release(&(sp->lock));
1335     }
1336
1337     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1338
1339     return bestValue;
1340   }
1341
1342   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1343   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1344   // less than ONE_PLY).
1345
1346   template <NodeType PvNode>
1347   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1348
1349     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1350     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1351     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1352     assert(depth <= 0);
1353     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
1354
1355     StateInfo st;
1356     Move ttMove, move;
1357     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1358     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1359     const TTEntry* tte;
1360     Depth ttDepth;
1361     Value oldAlpha = alpha;
1362
1363     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1364     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1365
1366     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1367     if (ss->ply > PLY_MAX || pos.is_draw())
1368         return VALUE_DRAW;
1369
1370     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1371     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1372     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1373     isCheck = pos.is_check();
1374     ttDepth = (isCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1375
1376     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1377     // pruning, but only for move ordering.
1378     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1379     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1380
1381     if (!PvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, ttDepth, beta, ss->ply))
1382     {
1383         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1384         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1385     }
1386
1387     // Evaluate the position statically
1388     if (isCheck)
1389     {
1390         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1391         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1392         enoughMaterial = false;
1393     }
1394     else
1395     {
1396         if (tte)
1397         {
1398             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1399
1400             evalMargin = tte->static_value_margin();
1401             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1402         }
1403         else
1404             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1405
1406         update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
1407
1408         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1409         if (bestValue >= beta)
1410         {
1411             if (!tte)
1412                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1413
1414             return bestValue;
1415         }
1416
1417         if (PvNode && bestValue > alpha)
1418             alpha = bestValue;
1419
1420         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1421         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1422         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1423     }
1424
1425     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1426     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1427     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1428     // be generated.
1429     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H);
1430     CheckInfo ci(pos);
1431
1432     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1433     while (   alpha < beta
1434            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1435     {
1436       assert(move_is_ok(move));
1437
1438       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1439
1440       // Futility pruning
1441       if (   !PvNode
1442           && !isCheck
1443           && !moveIsCheck
1444           &&  move != ttMove
1445           &&  enoughMaterial
1446           && !move_is_promotion(move)
1447           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1448       {
1449           futilityValue =  futilityBase
1450                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1451                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1452
1453           if (futilityValue < alpha)
1454           {
1455               if (futilityValue > bestValue)
1456                   bestValue = futilityValue;
1457               continue;
1458           }
1459
1460           // Prune moves with negative or equal SEE
1461           if (   futilityBase < beta
1462               && depth < DEPTH_ZERO
1463               && pos.see(move) <= 0)
1464               continue;
1465       }
1466
1467       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1468       evasionPrunable =   isCheck
1469                        && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1470                        && !pos.move_is_capture(move)
1471                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1472
1473       // Don't search moves with negative SEE values
1474       if (   !PvNode
1475           && (!isCheck || evasionPrunable)
1476           &&  move != ttMove
1477           && !move_is_promotion(move)
1478           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1479           continue;
1480
1481       // Don't search useless checks
1482       if (   !PvNode
1483           && !isCheck
1484           &&  moveIsCheck
1485           &&  move != ttMove
1486           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1487           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1488           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1489       {
1490           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1491               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1492
1493           continue;
1494       }
1495
1496       // Update current move
1497       ss->currentMove = move;
1498
1499       // Make and search the move
1500       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1501       value = -qsearch<PvNode>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1502       pos.undo_move(move);
1503
1504       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1505
1506       // New best move?
1507       if (value > bestValue)
1508       {
1509           bestValue = value;
1510           if (value > alpha)
1511           {
1512               alpha = value;
1513               ss->bestMove = move;
1514           }
1515        }
1516     }
1517
1518     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1519     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1520     if (isCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1521         return value_mated_in(ss->ply);
1522
1523     // Update transposition table
1524     ValueType vt = (bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT);
1525     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, ttDepth, ss->bestMove, ss->eval, evalMargin);
1526
1527     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1528
1529     return bestValue;
1530   }
1531
1532
1533   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1534   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1535   // will be pruned.
1536
1537   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1538   {
1539     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1540     Square from, to, ksq, victimSq;
1541     Piece pc;
1542     Color them;
1543     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1544
1545     from = move_from(move);
1546     to = move_to(move);
1547     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1548     ksq = pos.king_square(them);
1549     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1550     pc = pos.piece_on(from);
1551
1552     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1553     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1554     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1555
1556     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1557     b = kingAtt & ~pos.pieces_of_color(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1558
1559     if (!(b && (b & (b - 1))))
1560         return true;
1561
1562     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1563     if (   type_of_piece(pc) == QUEEN
1564         && bit_is_set(kingAtt, to))
1565         return true;
1566
1567     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1568     b = pos.pieces_of_color(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1569
1570     while (b)
1571     {
1572         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1573         futilityValue = futilityBase + pos.endgame_value_of_piece_on(victimSq);
1574
1575         // Note that here we generate illegal "double move"!
1576         if (   futilityValue >= beta
1577             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1578             return true;
1579
1580         if (futilityValue > bv)
1581             bv = futilityValue;
1582     }
1583
1584     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1585     *bestValue = bv;
1586     return false;
1587   }
1588
1589
1590   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1591   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1592   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1593   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1594   // second move is assumed to be a move from the current position.
1595
1596   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1597
1598     Square f1, t1, f2, t2;
1599     Piece p;
1600
1601     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1602     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1603
1604     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1605     f2 = move_from(m2);
1606     t1 = move_to(m1);
1607     if (f2 == t1)
1608         return true;
1609
1610     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1611     t2 = move_to(m2);
1612     f1 = move_from(m1);
1613     if (t2 == f1)
1614         return true;
1615
1616     // Case 3: Moving through the vacated square
1617     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
1618         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1619       return true;
1620
1621     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1622     p = pos.piece_on(t1);
1623     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
1624         return true;
1625
1626     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1627     if (    piece_is_slider(p)
1628         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
1629         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
1630     {
1631         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
1632         // move is the opposite of the checking piece.
1633         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
1634         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
1635
1636         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
1637             return true;
1638     }
1639     return false;
1640   }
1641
1642
1643   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1644   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1645   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1646
1647   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1648
1649     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1650       return v + ply;
1651
1652     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1653       return v - ply;
1654
1655     return v;
1656   }
1657
1658
1659   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1660   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1661
1662   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1663
1664     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1665       return v - ply;
1666
1667     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1668       return v + ply;
1669
1670     return v;
1671   }
1672
1673
1674   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
1675   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
1676   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
1677   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
1678   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
1679   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
1680   template <NodeType PvNode>
1681   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
1682                   bool moveIsCheck, bool* dangerous) {
1683
1684     assert(m != MOVE_NONE);
1685
1686     Depth result = DEPTH_ZERO;
1687     *dangerous = moveIsCheck;
1688
1689     if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
1690         result += CheckExtension[PvNode];
1691
1692     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
1693     {
1694         Color c = pos.side_to_move();
1695         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
1696         {
1697             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
1698             *dangerous = true;
1699         }
1700         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
1701         {
1702             result += PassedPawnExtension[PvNode];
1703             *dangerous = true;
1704         }
1705     }
1706
1707     if (   captureOrPromotion
1708         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1709         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
1710             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == VALUE_ZERO)
1711         && !move_is_special(m))
1712     {
1713         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
1714         *dangerous = true;
1715     }
1716
1717     return Min(result, ONE_PLY);
1718   }
1719
1720
1721   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1722   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1723
1724   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1725
1726     assert(move_is_ok(m));
1727     assert(threat && move_is_ok(threat));
1728     assert(!pos.move_is_check(m));
1729     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1730     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1731
1732     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1733
1734     mfrom = move_from(m);
1735     mto = move_to(m);
1736     tfrom = move_from(threat);
1737     tto = move_to(threat);
1738
1739     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1740     if (mfrom == tto)
1741         return true;
1742
1743     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1744     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1745     if (   pos.move_is_capture(threat)
1746         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
1747             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
1748         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1749         return true;
1750
1751     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1752     // prune safe moves which block its ray.
1753     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1754         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1755         && pos.see_sign(m) >= 0)
1756         return true;
1757
1758     return false;
1759   }
1760
1761
1762   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
1763   // can be used at a given point in search.
1764
1765   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1766
1767     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1768
1769     return   (   tte->depth() >= depth
1770               || v >= Max(VALUE_MATE_IN_PLY_MAX, beta)
1771               || v < Min(VALUE_MATED_IN_PLY_MAX, beta))
1772
1773           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1774               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1775   }
1776
1777
1778   // refine_eval() returns the transposition table score if
1779   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1780
1781   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1782
1783       assert(tte);
1784
1785       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1786
1787       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1788           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1789           return v;
1790
1791       return defaultEval;
1792   }
1793
1794
1795   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1796   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1797
1798   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1799                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1800     Move m;
1801     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1802
1803     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1804
1805     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1806     {
1807         m = movesSearched[i];
1808
1809         assert(m != move);
1810
1811         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1812     }
1813   }
1814
1815
1816   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1817   // the static position evaluation before and after the move.
1818
1819   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1820
1821     if (   m != MOVE_NULL
1822         && before != VALUE_NONE
1823         && after != VALUE_NONE
1824         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1825         && !move_is_special(m))
1826         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1827   }
1828
1829
1830   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1831   // since the beginning of the current search.
1832
1833   int current_search_time(int set) {
1834
1835     static int searchStartTime;
1836
1837     if (set)
1838         searchStartTime = set;
1839
1840     return get_system_time() - searchStartTime;
1841   }
1842
1843
1844   // value_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1845   // protocol specifications:
1846   //
1847   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1848   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1849   //            use negative values for y.
1850
1851   std::string value_to_uci(Value v) {
1852
1853     std::stringstream s;
1854
1855     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1856         s << "cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1857     else
1858         s << "mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1859
1860     return s.str();
1861   }
1862
1863
1864   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1865   // to be sent to UCI gui.
1866
1867   std::string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1868
1869     std::stringstream s;
1870     int t = current_search_time();
1871
1872     s << " nodes " << nodes
1873       << " nps "   << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1874       << " time "  << t;
1875
1876     return s.str();
1877   }
1878
1879
1880   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1881   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1882   // search.
1883
1884   void poll(const Position& pos) {
1885
1886     static int lastInfoTime;
1887     int t = current_search_time();
1888
1889     //  Poll for input
1890     if (input_available())
1891     {
1892         // We are line oriented, don't read single chars
1893         std::string command;
1894
1895         if (!std::getline(std::cin, command) || command == "quit")
1896         {
1897             // Quit the program as soon as possible
1898             Limits.ponder = false;
1899             QuitRequest = StopRequest = true;
1900             return;
1901         }
1902         else if (command == "stop")
1903         {
1904             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1905             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1906             Limits.ponder = false;
1907             StopRequest = true;
1908         }
1909         else if (command == "ponderhit")
1910         {
1911             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1912             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1913             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1914             Limits.ponder = false;
1915
1916             if (StopOnPonderhit)
1917                 StopRequest = true;
1918         }
1919     }
1920
1921     // Print search information
1922     if (t < 1000)
1923         lastInfoTime = 0;
1924
1925     else if (lastInfoTime > t)
1926         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1927         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1928         lastInfoTime = 0;
1929
1930     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1931     {
1932         lastInfoTime = t;
1933
1934         dbg_print_mean();
1935         dbg_print_hit_rate();
1936
1937         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1938         SendSearchedNodes = true;
1939     }
1940
1941     // Should we stop the search?
1942     if (Limits.ponder)
1943         return;
1944
1945     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1946                            && !AspirationFailLow
1947                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1948
1949     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1950                      || stillAtFirstMove;
1951
1952     if (   (Limits.useTimeManagement() && noMoreTime)
1953         || (Limits.maxTime && t >= Limits.maxTime)
1954         || (Limits.maxNodes && pos.nodes_searched() >= Limits.maxNodes)) // FIXME
1955         StopRequest = true;
1956   }
1957
1958
1959   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1960   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1961   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1962   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1963   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1964   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1965
1966   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1967
1968     std::string command;
1969
1970     // Wait for a command from stdin
1971     while (   std::getline(std::cin, command)
1972            && command != "ponderhit" && command != "stop" && command != "quit") {};
1973
1974     if (command != "ponderhit" && command != "stop")
1975         QuitRequest = true; // Must be "quit" or getline() returned false
1976   }
1977
1978
1979   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
1980   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
1981   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
1982   // threads and one for Windows threads.
1983
1984 #if !defined(_MSC_VER)
1985
1986   void* init_thread(void* threadID) {
1987
1988     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
1989     return NULL;
1990   }
1991
1992 #else
1993
1994   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
1995
1996     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
1997     return 0;
1998   }
1999
2000 #endif
2001
2002
2003   /// The ThreadsManager class
2004
2005
2006   // read_uci_options() updates number of active threads and other internal
2007   // parameters according to the UCI options values. It is called before
2008   // to start a new search.
2009
2010   void ThreadsManager::read_uci_options() {
2011
2012     maxThreadsPerSplitPoint = Options["Maximum Number of Threads per Split Point"].value<int>();
2013     minimumSplitDepth       = Options["Minimum Split Depth"].value<int>() * ONE_PLY;
2014     useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"].value<bool>();
2015     activeThreads           = Options["Threads"].value<int>();
2016   }
2017
2018
2019   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2020   // The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2021   // object for which the current thread is the master.
2022
2023   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2024
2025     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2026
2027     int i;
2028     bool allFinished;
2029
2030     while (true)
2031     {
2032         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2033         // master should exit as last one.
2034         if (allThreadsShouldExit)
2035         {
2036             assert(!sp);
2037             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2038             return;
2039         }
2040
2041         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2042         // instead of wasting CPU time polling for work.
2043         while (   threadID >= activeThreads
2044                || threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING
2045                || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE))
2046         {
2047             assert(!sp || useSleepingThreads);
2048             assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2049
2050             if (threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING)
2051                 threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2052
2053             // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
2054             lock_grab(&threads[threadID].sleepLock);
2055
2056             // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2057             for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2058             allFinished = (i == activeThreads);
2059
2060             if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2061             {
2062                 lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2063                 break;
2064             }
2065
2066             // Do sleep here after retesting sleep conditions
2067             if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE)
2068                 cond_wait(&threads[threadID].sleepCond, &threads[threadID].sleepLock);
2069
2070             lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2071         }
2072
2073         // If this thread has been assigned work, launch a search
2074         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2075         {
2076             assert(!allThreadsShouldExit);
2077
2078             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2079
2080             // Copy split point position and search stack and call search()
2081             // with SplitPoint template parameter set to true.
2082             SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2083             SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2084             Position pos(*tsp->pos, threadID);
2085
2086             memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2087             (ss+1)->sp = tsp;
2088
2089             if (tsp->pvNode)
2090                 search<PV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2091             else
2092                 search<NonPV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2093
2094             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2095
2096             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2097
2098             // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2099             // case we are the last slave of the split point.
2100             if (   useSleepingThreads
2101                 && threadID != tsp->master
2102                 && threads[tsp->master].state == THREAD_AVAILABLE)
2103                 threads[tsp->master].wake_up();
2104         }
2105
2106         // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2107         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2108         for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2109         allFinished = (i == activeThreads);
2110
2111         if (allFinished)
2112         {
2113             // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2114             // be sure sp->lock has been released before to return.
2115             lock_grab(&(sp->lock));
2116             lock_release(&(sp->lock));
2117
2118             // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2119             // because here is all finished is not possible master is booked.
2120             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2121
2122             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2123             return;
2124         }
2125     }
2126   }
2127
2128
2129   // init_threads() is called during startup. Initializes locks and condition
2130   // variables and launches all threads sending them immediately to sleep.
2131
2132   void ThreadsManager::init_threads() {
2133
2134     int i, arg[MAX_THREADS];
2135     bool ok;
2136
2137     // This flag is needed to properly end the threads when program exits
2138     allThreadsShouldExit = false;
2139
2140     // Threads will sent to sleep as soon as created, only main thread is kept alive
2141     activeThreads = 1;
2142
2143     lock_init(&mpLock);
2144
2145     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2146     {
2147         // Initialize thread and split point locks
2148         lock_init(&threads[i].sleepLock);
2149         cond_init(&threads[i].sleepCond);
2150
2151         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2152             lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2153
2154         // All threads but first should be set to THREAD_INITIALIZING
2155         threads[i].state = (i == 0 ? THREAD_SEARCHING : THREAD_INITIALIZING);
2156     }
2157
2158     // Create and startup the threads
2159     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2160     {
2161         arg[i] = i;
2162
2163 #if !defined(_MSC_VER)
2164         pthread_t pthread[1];
2165         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&arg[i])) == 0);
2166         pthread_detach(pthread[0]);
2167 #else
2168         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&arg[i]), 0, NULL) != NULL);
2169 #endif
2170         if (!ok)
2171         {
2172             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2173             exit(EXIT_FAILURE);
2174         }
2175
2176         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2177         while (threads[i].state == THREAD_INITIALIZING) {}
2178     }
2179   }
2180
2181
2182   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2183   // helper threads exit cleanly.
2184
2185   void ThreadsManager::exit_threads() {
2186
2187     // Force the woken up threads to exit idle_loop() and hence terminate
2188     allThreadsShouldExit = true;
2189
2190     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2191     {
2192         // Wake up all the threads and waits for termination
2193         if (i != 0)
2194         {
2195             threads[i].wake_up();
2196             while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED) {}
2197         }
2198
2199         // Now we can safely destroy the locks and wait conditions
2200         lock_destroy(&threads[i].sleepLock);
2201         cond_destroy(&threads[i].sleepCond);
2202
2203         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2204             lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2205     }
2206
2207     lock_destroy(&mpLock);
2208   }
2209
2210
2211   // cutoff_at_splitpoint() checks whether a beta cutoff has occurred in
2212   // the thread's currently active split point, or in some ancestor of
2213   // the current split point.
2214
2215   bool ThreadsManager::cutoff_at_splitpoint(int threadID) const {
2216
2217     assert(threadID >= 0 && threadID < activeThreads);
2218
2219     SplitPoint* sp = threads[threadID].splitPoint;
2220
2221     for ( ; sp && !sp->betaCutoff; sp = sp->parent) {}
2222     return sp != NULL;
2223   }
2224
2225
2226   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2227   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2228   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2229   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2230   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2231   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2232   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2233
2234   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2235
2236     assert(slave >= 0 && slave < activeThreads);
2237     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2238     assert(activeThreads > 1);
2239
2240     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2241         return false;
2242
2243     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2244     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2245
2246     // No active split points means that the thread is available as
2247     // a slave for any other thread.
2248     if (localActiveSplitPoints == 0 || activeThreads == 2)
2249         return true;
2250
2251     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2252     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2253     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2254     if (threads[slave].splitPoints[localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2255         return true;
2256
2257     return false;
2258   }
2259
2260
2261   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2262   // a slave for the thread with threadID "master".
2263
2264   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2265
2266     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2267     assert(activeThreads > 1);
2268
2269     for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
2270         if (thread_is_available(i, master))
2271             return true;
2272
2273     return false;
2274   }
2275
2276
2277   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2278   // several available threads. If it does not succeed in splitting the
2279   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2280   // split point objects), the function immediately returns. If splitting is
2281   // possible, a SplitPoint object is initialized with all the data that must be
2282   // copied to the helper threads and we tell our helper threads that they have
2283   // been assigned work. This will cause them to instantly leave their idle loops and
2284   // call search().When all threads have returned from search() then split() returns.
2285
2286   template <bool Fake>
2287   void ThreadsManager::split(Position& pos, SearchStack* ss, Value* alpha, const Value beta,
2288                              Value* bestValue, Depth depth, Move threatMove,
2289                              int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode) {
2290     assert(pos.is_ok());
2291     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2292     assert(*bestValue <= *alpha);
2293     assert(*alpha < beta);
2294     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2295     assert(depth > DEPTH_ZERO);
2296     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
2297     assert(activeThreads > 1);
2298
2299     int i, master = pos.thread();
2300     Thread& masterThread = threads[master];
2301
2302     lock_grab(&mpLock);
2303
2304     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2305     // active split points, don't split.
2306     if (   !available_thread_exists(master)
2307         || masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
2308     {
2309         lock_release(&mpLock);
2310         return;
2311     }
2312
2313     // Pick the next available split point object from the split point stack
2314     SplitPoint& splitPoint = masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints++];
2315
2316     // Initialize the split point object
2317     splitPoint.parent = masterThread.splitPoint;
2318     splitPoint.master = master;
2319     splitPoint.betaCutoff = false;
2320     splitPoint.depth = depth;
2321     splitPoint.threatMove = threatMove;
2322     splitPoint.alpha = *alpha;
2323     splitPoint.beta = beta;
2324     splitPoint.pvNode = pvNode;
2325     splitPoint.bestValue = *bestValue;
2326     splitPoint.mp = mp;
2327     splitPoint.moveCount = moveCount;
2328     splitPoint.pos = &pos;
2329     splitPoint.nodes = 0;
2330     splitPoint.ss = ss;
2331     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2332         splitPoint.slaves[i] = 0;
2333
2334     masterThread.splitPoint = &splitPoint;
2335
2336     // If we are here it means we are not available
2337     assert(masterThread.state != THREAD_AVAILABLE);
2338
2339     int workersCnt = 1; // At least the master is included
2340
2341     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2342     for (i = 0; !Fake && i < activeThreads && workersCnt < maxThreadsPerSplitPoint; i++)
2343         if (thread_is_available(i, master))
2344         {
2345             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2346             threads[i].splitPoint = &splitPoint;
2347             splitPoint.slaves[i] = 1;
2348             workersCnt++;
2349         }
2350
2351     assert(Fake || workersCnt > 1);
2352
2353     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2354     lock_release(&mpLock);
2355
2356     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2357     // their idle loop.
2358     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2359         if (i == master || splitPoint.slaves[i])
2360         {
2361             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2362
2363             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2364
2365             if (useSleepingThreads && i != master)
2366                 threads[i].wake_up();
2367         }
2368
2369     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2370     // which it will instantly launch a search, because its state is
2371     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2372     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2373     // loop when all threads have finished their work at this split point.
2374     idle_loop(master, &splitPoint);
2375
2376     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2377     // finished. Update alpha and bestValue, and return.
2378     lock_grab(&mpLock);
2379
2380     *alpha = splitPoint.alpha;
2381     *bestValue = splitPoint.bestValue;
2382     masterThread.activeSplitPoints--;
2383     masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
2384     pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
2385
2386     lock_release(&mpLock);
2387   }
2388
2389
2390   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
2391
2392   RootMove::RootMove() {
2393
2394     nodes = 0;
2395     pv_score = non_pv_score = -VALUE_INFINITE;
2396     pv[0] = MOVE_NONE;
2397   }
2398
2399   RootMove& RootMove::operator=(const RootMove& rm) {
2400
2401     const Move* src = rm.pv;
2402     Move* dst = pv;
2403
2404     // Avoid a costly full rm.pv[] copy
2405     do *dst++ = *src; while (*src++ != MOVE_NONE);
2406
2407     nodes = rm.nodes;
2408     pv_score = rm.pv_score;
2409     non_pv_score = rm.non_pv_score;
2410     return *this;
2411   }
2412
2413   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2414   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2415   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2416   // long PV to print that is important for position analysis.
2417
2418   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2419
2420     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2421     TTEntry* tte;
2422     int ply = 1;
2423
2424     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_legal(pv[0]));
2425
2426     pos.do_move(pv[0], *st++);
2427
2428     while (   (tte = TT.retrieve(pos.get_key())) != NULL
2429            && tte->move() != MOVE_NONE
2430            && pos.move_is_legal(tte->move())
2431            && ply < PLY_MAX
2432            && (!pos.is_draw() || ply < 2))
2433     {
2434         pv[ply] = tte->move();
2435         pos.do_move(pv[ply++], *st++);
2436     }
2437     pv[ply] = MOVE_NONE;
2438
2439     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2440   }
2441
2442   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2443   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2444   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2445
2446   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2447
2448     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2449     TTEntry* tte;
2450     Key k;
2451     Value v, m = VALUE_NONE;
2452     int ply = 0;
2453
2454     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_legal(pv[0]));
2455
2456     do {
2457         k = pos.get_key();
2458         tte = TT.retrieve(k);
2459
2460         // Don't overwrite existing correct entries
2461         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2462         {
2463             v = (pos.is_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2464             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2465         }
2466         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2467
2468     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2469
2470     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2471   }
2472
2473   // pv_info_to_uci() returns a string with information on the current PV line
2474   // formatted according to UCI specification.
2475
2476   std::string RootMove::pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, int selDepth, Value alpha,
2477                                        Value beta, int pvIdx) {
2478     std::stringstream s;
2479
2480     s << "info depth " << depth
2481       << " seldepth " << selDepth
2482       << " multipv " << pvIdx + 1
2483       << " score " << value_to_uci(pv_score)
2484       << (pv_score >= beta ? " lowerbound" : pv_score <= alpha ? " upperbound" : "")
2485       << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
2486       << " pv ";
2487
2488     for (Move* m = pv; *m != MOVE_NONE; m++)
2489         s << *m << " ";
2490
2491     return s.str();
2492   }
2493
2494
2495   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2496
2497     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
2498     Move* sm;
2499
2500     clear();
2501     bestMoveChanges = 0;
2502
2503     // Generate all legal moves and add them to RootMoveList
2504     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
2505     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
2506     {
2507         // If we have a searchMoves[] list then verify cur->move
2508         // is in the list before to add it.
2509         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != cur->move; sm++) {}
2510
2511         if (searchMoves[0] && *sm != cur->move)
2512             continue;
2513
2514         RootMove rm;
2515         rm.pv[0] = cur->move;
2516         rm.pv[1] = MOVE_NONE;
2517         rm.pv_score = -VALUE_INFINITE;
2518         push_back(rm);
2519     }
2520   }
2521
2522
2523   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
2524   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
2525   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder) {
2526
2527     assert(MultiPV > 1);
2528
2529     // Rml list is already sorted by pv_score in descending order
2530     int s;
2531     int max_s = -VALUE_INFINITE;
2532     int size = Min(MultiPV, (int)Rml.size());
2533     int max = Rml[0].pv_score;
2534     int var = Min(max - Rml[size - 1].pv_score, PawnValueMidgame);
2535     int wk = 120 - 2 * SkillLevel;
2536
2537     // PRNG sequence should be non deterministic
2538     for (int i = abs(get_system_time() % 50); i > 0; i--)
2539         RK.rand<unsigned>();
2540
2541     // Choose best move. For each move's score we add two terms both dependent
2542     // on wk, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
2543     // then we choose the move with the resulting highest score.
2544     for (int i = 0; i < size; i++)
2545     {
2546         s = Rml[i].pv_score;
2547
2548         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
2549         if (i > 0 && Rml[i-1].pv_score > s + EasyMoveMargin)
2550             break;
2551
2552         // This is our magical formula
2553         s += ((max - s) * wk + var * (RK.rand<unsigned>() % wk)) / 128;
2554
2555         if (s > max_s)
2556         {
2557             max_s = s;
2558             *best = Rml[i].pv[0];
2559             *ponder = Rml[i].pv[1];
2560         }
2561     }
2562   }
2563
2564 } // namespace