Small comments tweaks in search.cpp
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75
76     void resetNodeCounters();
77     void resetBetaCounters();
78     int64_t nodes_searched() const;
79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
80     bool available_thread_exists(int master) const;
81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
83     void wake_sleeping_threads();
84     void put_threads_to_sleep();
85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
87                Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
88
89   private:
90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
91
92     int ActiveThreads;
93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
94     Thread threads[MAX_THREADS];
95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
96
97     Lock MPLock, WaitLock;
98
99 #if !defined(_MSC_VER)
100     pthread_cond_t WaitCond;
101 #else
102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
103 #endif
104
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low).
111
112   struct RootMove {
113
114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
115
116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
119     // have equal score but m1 has the higher node count.
120     bool operator<(const RootMove& m) const {
121
122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
123     }
124
125     Move move;
126     Value score;
127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
129   };
130
131
132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
134
135   class RootMoveList {
136
137   public:
138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
139
140     int move_count() const { return count; }
141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
146
147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
150     void sort();
151     void sort_multipv(int n);
152
153   private:
154     static const int MaxRootMoves = 500;
155     RootMove moves[MaxRootMoves];
156     int count;
157   };
158
159
160   /// Adjustments
161
162   // Step 6. Razoring
163
164   // Maximum depth for razoring
165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
166
167   // Dynamic razoring margin based on depth
168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
169
170   // Step 8. Null move search with verification search
171
172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
175
176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
178
179   // Step 9. Internal iterative deepening
180
181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options
192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
199
200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
201   // remaining ones we will extend it.
202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
203
204   // Step 12. Futility pruning
205
206   // Futility margin for quiescence search
207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
208
209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
212
213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
215
216   // Step 14. Reduced search
217
218   int ReductionLevel; // 0 = most aggressive reductions, 7 = minimum reductions
219
220   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
221   int8_t    PVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
222   int8_t NonPVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
223
224   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
225   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
226
227   // Common adjustments
228
229   // Search depth at iteration 1
230   const Depth InitialDepth = OnePly;
231
232   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
233   // better than the second best move.
234   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
235
236   // Last seconds noise filtering (LSN)
237   const bool UseLSNFiltering = true;
238   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
239   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
240   bool loseOnTime = false;
241
242
243   /// Global variables
244
245   // Iteration counter
246   int Iteration;
247
248   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
249   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
250   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
251
252   // Search window management
253   int AspirationDelta;
254
255   // MultiPV mode
256   int MultiPV;
257
258   // Time managment variables
259   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
260   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
261   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
262   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
263
264   // Show current line?
265   bool ShowCurrentLine;
266
267   // Log file
268   bool UseLogFile;
269   std::ofstream LogFile;
270
271   // Multi-threads related variables
272   Depth MinimumSplitDepth;
273   int MaxThreadsPerSplitPoint;
274   ThreadsManager TM;
275
276   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
277   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
278   int NodesSincePoll;
279   int NodesBetweenPolls = 30000;
280
281   // History table
282   History H;
283
284   /// Local functions
285
286   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
287   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
288   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
289   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
290   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
291   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
292   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
293   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
294   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
295   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
296   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
297   bool value_is_mate(Value value);
298   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
299   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
300   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
301   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
302   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
303   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
304   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
305   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
306   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
307
308   int current_search_time();
309   int nps();
310   void poll(SearchStack ss[], int ply);
311   void ponderhit();
312   void wait_for_stop_or_ponderhit();
313   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
314   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
315
316 #if !defined(_MSC_VER)
317   void *init_thread(void *threadID);
318 #else
319   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
320 #endif
321
322 }
323
324
325 ////
326 //// Functions
327 ////
328
329 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
330 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
331
332 void init_threads() { TM.init_threads(); }
333 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
334 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
335
336
337 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
338 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
339
340 int perft(Position& pos, Depth depth)
341 {
342     StateInfo st;
343     Move move;
344     int sum = 0;
345     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
346
347     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
348     // the moves, just to count them.
349     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
350     {
351         while (mp.get_next_move()) sum++;
352         return sum;
353     }
354
355     // Loop through all legal moves
356     CheckInfo ci(pos);
357     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
358     {
359         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
360         sum += perft(pos, depth - OnePly);
361         pos.undo_move(move);
362     }
363     return sum;
364 }
365
366
367 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
368 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
369 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
370 /// when a quit command is received during the search.
371
372 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
373            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
374            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
375
376   // Initialize global search variables
377   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
378   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
379   NodesSincePoll = 0;
380   TM.resetNodeCounters();
381   SearchStartTime = get_system_time();
382   ExactMaxTime = maxTime;
383   MaxDepth = maxDepth;
384   MaxNodes = maxNodes;
385   InfiniteSearch = infinite;
386   PonderSearch = ponder;
387   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
388
389   // Look for a book move, only during games, not tests
390   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
391   {
392       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
393           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
394
395       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
396       if (bookMove != MOVE_NONE)
397       {
398           if (PonderSearch)
399               wait_for_stop_or_ponderhit();
400
401           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
402           return true;
403       }
404   }
405
406   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
407   if (button_was_pressed("New Game"))
408       loseOnTime = false;
409
410   // Read UCI option values
411   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
412   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
413       TT.clear();
414
415   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
416   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
417   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
418   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
419   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
420   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
421   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
422   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
423   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
424   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
425   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
426   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
427
428   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
429   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
430   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
431   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
432   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
433   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
434
435   if (UseLogFile)
436       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
437
438   read_weights(pos.side_to_move());
439
440   // Set the number of active threads
441   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
442   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
443   {
444       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
445       init_eval(TM.active_threads());
446   }
447
448   // Wake up sleeping threads
449   TM.wake_sleeping_threads();
450
451   // Set thinking time
452   int myTime = time[side_to_move];
453   int myIncrement = increment[side_to_move];
454   if (UseTimeManagement)
455   {
456       if (!movesToGo) // Sudden death time control
457       {
458           if (myIncrement)
459           {
460               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
461               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
462           }
463           else // Blitz game without increment
464           {
465               MaxSearchTime = myTime / 30;
466               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
467           }
468       }
469       else // (x moves) / (y minutes)
470       {
471           if (movesToGo == 1)
472           {
473               MaxSearchTime = myTime / 2;
474               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
475           }
476           else
477           {
478               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
479               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
480           }
481       }
482
483       if (get_option_value_bool("Ponder"))
484       {
485           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
486           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
487       }
488   }
489
490   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
491   // heavy time pressure.
492   if (MaxNodes)
493       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
494   else if (myTime && myTime < 1000)
495       NodesBetweenPolls = 1000;
496   else if (myTime && myTime < 5000)
497       NodesBetweenPolls = 5000;
498   else
499       NodesBetweenPolls = 30000;
500
501   // Write search information to log file
502   if (UseLogFile)
503       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
504               << "infinite: "  << infinite
505               << " ponder: "   << ponder
506               << " time: "     << myTime
507               << " increment: " << myIncrement
508               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
509
510   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
511   if (   UseLSNFiltering
512       && loseOnTime)
513   {
514       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
515        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
516            /* wait here */;
517   }
518
519   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
520   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
521
522   if (UseLSNFiltering)
523   {
524       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
525       // decide to lose on time.
526       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
527           && myTime < LSNTime
528           && myIncrement == 0
529           && movesToGo == 0
530           && v < -LSNValue)
531       {
532           loseOnTime = true;
533       }
534       else if (loseOnTime)
535       {
536           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
537           loseOnTime = false;
538       }
539   }
540
541   if (UseLogFile)
542       LogFile.close();
543
544   TM.put_threads_to_sleep();
545
546   return !Quit;
547 }
548
549 // init_reduction_tables() is called by init_search() and initializes
550 // the tables used by LMR.
551 static void init_reduction_tables(int8_t pvTable[64][64], int8_t nonPvTable[64][64], int pvInhib, int nonPvInhib)
552 {
553   double pvBase = 1.001 - log(3.0) * log(16.0) / pvInhib;
554   double nonPvBase = 1.001 - log(3.0) * log(4.0) / nonPvInhib;
555
556   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
557       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
558       {
559           double    pvRed = pvBase    + log(double(i)) * log(double(j)) / pvInhib;
560           double nonPVRed = nonPvBase + log(double(i)) * log(double(j)) / nonPvInhib;
561
562           pvTable[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
563           nonPvTable[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
564       }
565 }
566
567 // init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
568 void init_search() {
569
570   // Init reduction lookup tables
571   for (int i = 0; i < 8; i++)
572       init_reduction_tables(PVReductionMatrix[i], NonPVReductionMatrix[i], int(4 * pow(1.3, i)), int(2 * pow(1.3, i)));
573
574   // Init futility margins array
575   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
576       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
577       {
578           // FIXME: test using log instead of BSR
579           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
580       }
581
582   // Init futility move count array
583   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
584       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
585 }
586
587
588 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
589 // new search from the root.
590 void SearchStack::init(int ply) {
591
592   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
593   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
594   reduction = Depth(0);
595   eval = VALUE_NONE;
596 }
597
598 void SearchStack::initKillers() {
599
600   mateKiller = MOVE_NONE;
601   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
602       killers[i] = MOVE_NONE;
603 }
604
605 namespace {
606
607   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
608   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
609   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
610   // reached.
611
612   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
613
614     Position p(pos);
615     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
616     Move EasyMove = MOVE_NONE;
617     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
618
619     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
620     RootMoveList rml(p, searchMoves);
621
622     // Handle special case of searching on a mate/stale position
623     if (rml.move_count() == 0)
624     {
625         if (PonderSearch)
626             wait_for_stop_or_ponderhit();
627
628         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
629     }
630
631     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
632     // so to output information also for iteration 1.
633     cout << "info depth " << 1
634          << "\ninfo depth " << 1
635          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
636          << " time " << current_search_time()
637          << " nodes " << TM.nodes_searched()
638          << " nps " << nps()
639          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
640
641     // Initialize
642     TT.new_search();
643     H.clear();
644     init_ss_array(ss);
645     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
646     Iteration = 1;
647
648     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
649     if (   rml.move_count() == 1
650         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
651         EasyMove = rml.get_move(0);
652
653     // Iterative deepening loop
654     while (Iteration < PLY_MAX)
655     {
656         // Initialize iteration
657         Iteration++;
658         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
659
660         cout << "info depth " << Iteration << endl;
661
662         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
663         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
664         {
665             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
666             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
667
668             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
669             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
670
671             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
672             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
673         }
674
675         // Choose optimum reduction level
676         ReductionLevel = 2;
677
678         if (UseTimeManagement)
679         {
680             int level = int(floor(log(float(MaxSearchTime) / current_search_time()) / log(2.0) + 1.0));
681             ReductionLevel = Min(Max(level, 0), 7);
682         }
683         else
684         {
685             //FIXME
686         }
687
688         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
689         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
690
691         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
692         // been overwritten during the search.
693         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
694
695         if (AbortSearch)
696             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
697
698         //Save info about search result
699         ValueByIteration[Iteration] = value;
700
701         // Drop the easy move if differs from the new best move
702         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
703             EasyMove = MOVE_NONE;
704
705         if (UseTimeManagement)
706         {
707             // Time to stop?
708             bool stopSearch = false;
709
710             // Stop search early if there is only a single legal move,
711             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
712             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
713                 stopSearch = true;
714
715             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
716             if (  Iteration >= 6
717                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
718                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
719                 stopSearch = true;
720
721             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
722             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
723             if (   Iteration >= 8
724                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
725                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
726                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
727                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
728                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
729                 stopSearch = true;
730
731             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
732             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
733                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
734                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
735
736             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
737             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
738             // move at the next iteration anyway.
739             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
740                 stopSearch = true;
741
742             if (stopSearch)
743             {
744                 if (PonderSearch)
745                     StopOnPonderhit = true;
746                 else
747                     break;
748             }
749         }
750
751         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
752             break;
753     }
754
755     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
756     // best move before we are told to do so.
757     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
758         wait_for_stop_or_ponderhit();
759     else
760         // Print final search statistics
761         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
762              << " nps " << nps()
763              << " time " << current_search_time()
764              << " hashfull " << TT.full() << endl;
765
766     // Print the best move and the ponder move to the standard output
767     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
768     {
769         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
770         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
771     }
772
773     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
774
775     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
776
777     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
778         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
779
780     cout << endl;
781
782     if (UseLogFile)
783     {
784         if (dbg_show_mean)
785             dbg_print_mean(LogFile);
786
787         if (dbg_show_hit_rate)
788             dbg_print_hit_rate(LogFile);
789
790         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
791                 << "\nNodes/second: " << nps()
792                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
793
794         StateInfo st;
795         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
796         LogFile << "\nPonder move: "
797                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
798                 << endl;
799     }
800     return rml.get_move_score(0);
801   }
802
803
804   // root_search() is the function which searches the root node. It is
805   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
806   // scheme, prints some information to the standard output and handles
807   // the fail low/high loops.
808
809   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
810
811     EvalInfo ei;
812     StateInfo st;
813     CheckInfo ci(pos);
814     int64_t nodes;
815     Move move;
816     Depth depth, ext, newDepth;
817     Value value, alpha, beta;
818     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
819     int researchCountFH, researchCountFL;
820
821     researchCountFH = researchCountFL = 0;
822     alpha = *alphaPtr;
823     beta = *betaPtr;
824     isCheck = pos.is_check();
825
826     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
827     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
828     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
829     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
830
831     // Step 5. Evaluate the position statically
832     // At root we do this only to get reference value for child nodes
833     if (!isCheck)
834         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
835     else
836         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
837
838     // Step 6. Razoring (omitted at root)
839     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
840     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
841     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
842
843     // Step extra. Fail low loop
844     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
845     // with bigger window until we are not failing low anymore.
846     while (1)
847     {
848         // Sort the moves before to (re)search
849         rml.sort();
850
851         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
852         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
853         {
854             // This is used by time management
855             FirstRootMove = (i == 0);
856
857             // Save the current node count before the move is searched
858             nodes = TM.nodes_searched();
859
860             // Reset beta cut-off counters
861             TM.resetBetaCounters();
862
863             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
864             // the standard output.
865             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
866
867             if (current_search_time() >= 1000)
868                 cout << "info currmove " << move
869                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
870
871             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
872             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
873
874             // Step 11. Decide the new search depth
875             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
876             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
877             newDepth = depth + ext;
878
879             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
880
881             // Step extra. Fail high loop
882             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
883             // high anymore.
884             value = - VALUE_INFINITE;
885
886             while (1)
887             {
888                 // Step 13. Make the move
889                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
890
891                 // Step extra. pv search
892                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
893                 // and for fail high research (value > alpha)
894                 if (i < MultiPV || value > alpha)
895                 {
896                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
897                     if (MultiPV > 1)
898                         alpha = -VALUE_INFINITE;
899
900                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
901                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
902                 }
903                 else
904                 {
905                     // Step 14. Reduced search
906                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
907                     bool doFullDepthSearch = true;
908
909                     if (    depth >= 3 * OnePly
910                         && !dangerous
911                         && !captureOrPromotion
912                         && !move_is_castle(move))
913                     {
914                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
915                         if (ss[0].reduction)
916                         {
917                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
918                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
919                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
920                         }
921                     }
922
923                     // Step 15. Full depth search
924                     if (doFullDepthSearch)
925                     {
926                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
927                         ss[0].reduction = Depth(0);
928                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
929
930                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
931                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
932                         if (value > alpha)
933                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
934                     }
935                 }
936
937                 // Step 16. Undo move
938                 pos.undo_move(move);
939
940                 // Can we exit fail high loop ?
941                 if (AbortSearch || value < beta)
942                     break;
943
944                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
945                 // the score before research in case we run out of time while researching.
946                 rml.set_move_score(i, value);
947                 update_pv(ss, 0);
948                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
949                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
950
951                 // Print information to the standard output
952                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
953
954                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
955                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
956                 researchCountFH++;
957
958             } // End of fail high loop
959
960             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
961             // was aborted because the user interrupted the search or because we
962             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
963             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
964             // move and/or PV.
965             if (AbortSearch)
966                 break;
967
968             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
969             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
970             int64_t our, their;
971             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
972             rml.set_beta_counters(i, our, their);
973             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
974
975             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
976             assert(value < beta);
977
978             // Step 17. Check for new best move
979             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
980                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
981             else
982             {
983                 // PV move or new best move!
984
985                 // Update PV
986                 rml.set_move_score(i, value);
987                 update_pv(ss, 0);
988                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
989                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
990
991                 if (MultiPV == 1)
992                 {
993                     // We record how often the best move has been changed in each
994                     // iteration. This information is used for time managment: When
995                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
996                     if (i > 0)
997                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
998
999                     // Print information to the standard output
1000                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
1001
1002                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
1003                     if (value > alpha)
1004                         alpha = value;
1005                 }
1006                 else // MultiPV > 1
1007                 {
1008                     rml.sort_multipv(i);
1009                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
1010                     {
1011                         cout << "info multipv " << j + 1
1012                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
1013                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
1014                              << " time " << current_search_time()
1015                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1016                              << " nps " << nps()
1017                              << " pv ";
1018
1019                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1020                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1021
1022                         cout << endl;
1023                     }
1024                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
1025                 }
1026             } // PV move or new best move
1027
1028             assert(alpha >= *alphaPtr);
1029
1030             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1031
1032             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1033                 StopOnPonderhit = false;
1034         }
1035
1036         // Can we exit fail low loop ?
1037         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1038             break;
1039
1040         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1041         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1042         researchCountFL++;
1043
1044     } // Fail low loop
1045
1046     // Sort the moves before to return
1047     rml.sort();
1048
1049     return alpha;
1050   }
1051
1052
1053   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1054
1055   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1056                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1057
1058     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1059     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1060     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1061     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1062
1063     Move movesSearched[256];
1064     EvalInfo ei;
1065     StateInfo st;
1066     const TTEntry* tte;
1067     Move ttMove, move;
1068     Depth ext, newDepth;
1069     Value bestValue, value, oldAlpha;
1070     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1071     bool mateThreat = false;
1072     int moveCount = 0;
1073     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1074
1075     if (depth < OnePly)
1076         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1077
1078     // Step 1. Initialize node and poll
1079     // Polling can abort search.
1080     init_node(ss, ply, threadID);
1081
1082     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1083     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1084         return Value(0);
1085
1086     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1087         return VALUE_DRAW;
1088
1089     // Step 3. Mate distance pruning
1090     oldAlpha = alpha;
1091     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1092     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1093     if (alpha >= beta)
1094         return alpha;
1095
1096     // Step 4. Transposition table lookup
1097     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1098     // This is to avoid problems in the following areas:
1099     //
1100     // * Repetition draw detection
1101     // * Fifty move rule detection
1102     // * Searching for a mate
1103     // * Printing of full PV line
1104     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1105     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1106
1107     // Step 5. Evaluate the position statically
1108     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1109     isCheck = pos.is_check();
1110     if (!isCheck)
1111     {
1112         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1113         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1114     }
1115
1116     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1117     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1118     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1119
1120     // Step 9. Internal iterative deepening
1121     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1122         && ttMove == MOVE_NONE)
1123     {
1124         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1125         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1126         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1127     }
1128
1129     // Initialize a MovePicker object for the current position
1130     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1131     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1132     CheckInfo ci(pos);
1133
1134     // Step 10. Loop through moves
1135     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1136     while (   alpha < beta
1137            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1138            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1139     {
1140       assert(move_is_ok(move));
1141
1142       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1143       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1144       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1145
1146       // Step 11. Decide the new search depth
1147       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1148
1149       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1150       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1151       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1152       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1153           && tte
1154           && move == tte->move()
1155           && ext < OnePly
1156           && is_lower_bound(tte->type())
1157           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1158       {
1159           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1160
1161           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1162           {
1163               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1164
1165               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1166                   ext = OnePly;
1167           }
1168       }
1169
1170       newDepth = depth - OnePly + ext;
1171
1172       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1173       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1174
1175       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1176
1177       // Step 13. Make the move
1178       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1179
1180       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1181       // The first move in list is the expected PV
1182       if (moveCount == 1)
1183           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1184       else
1185       {
1186         // Step 14. Reduced search
1187         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1188         bool doFullDepthSearch = true;
1189
1190         if (    depth >= 3 * OnePly
1191             && !dangerous
1192             && !captureOrPromotion
1193             && !move_is_castle(move)
1194             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1195         {
1196             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1197             if (ss[ply].reduction)
1198             {
1199                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1200                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1201             }
1202         }
1203
1204         // Step 15. Full depth search
1205         if (doFullDepthSearch)
1206         {
1207             ss[ply].reduction = Depth(0);
1208             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1209
1210             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1211             if (value > alpha && value < beta)
1212                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1213         }
1214       }
1215
1216       // Step 16. Undo move
1217       pos.undo_move(move);
1218
1219       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1220
1221       // Step 17. Check for new best move
1222       if (value > bestValue)
1223       {
1224           bestValue = value;
1225           if (value > alpha)
1226           {
1227               alpha = value;
1228               update_pv(ss, ply);
1229               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1230                   ss[ply].mateKiller = move;
1231           }
1232       }
1233
1234       // Step 18. Check for split
1235       if (   TM.active_threads() > 1
1236           && bestValue < beta
1237           && depth >= MinimumSplitDepth
1238           && Iteration <= 99
1239           && TM.available_thread_exists(threadID)
1240           && !AbortSearch
1241           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1242           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1243                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1244           break;
1245     }
1246
1247     // Step 19. Check for mate and stalemate
1248     // All legal moves have been searched and if there were
1249     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1250     if (moveCount == 0)
1251         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1252
1253     // Step 20. Update tables
1254     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1255     // history counters, and killer moves.
1256     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1257         return bestValue;
1258
1259     if (bestValue <= oldAlpha)
1260         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1261
1262     else if (bestValue >= beta)
1263     {
1264         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1265         move = ss[ply].pv[ply];
1266         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1267         {
1268             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1269             update_killers(move, ss[ply]);
1270         }
1271         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1272     }
1273     else
1274         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1275
1276     return bestValue;
1277   }
1278
1279
1280   // search() is the search function for zero-width nodes.
1281
1282   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1283                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1284
1285     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1286     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1287     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1288
1289     Move movesSearched[256];
1290     EvalInfo ei;
1291     StateInfo st;
1292     const TTEntry* tte;
1293     Move ttMove, move;
1294     Depth ext, newDepth;
1295     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1296     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1297     bool mateThreat = false;
1298     int moveCount = 0;
1299     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1300
1301     if (depth < OnePly)
1302         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1303
1304     // Step 1. Initialize node and poll
1305     // Polling can abort search.
1306     init_node(ss, ply, threadID);
1307
1308     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1309     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1310         return Value(0);
1311
1312     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1313         return VALUE_DRAW;
1314
1315     // Step 3. Mate distance pruning
1316     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1317         return beta;
1318
1319     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1320         return beta - 1;
1321
1322     // Step 4. Transposition table lookup
1323
1324     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1325     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1326     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1327
1328     tte = TT.retrieve(posKey);
1329     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1330
1331     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1332     {
1333         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1334         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1335     }
1336
1337     // Step 5. Evaluate the position statically
1338     isCheck = pos.is_check();
1339
1340     if (!isCheck)
1341     {
1342         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1343             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1344         else
1345             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1346
1347         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1348         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1349     }
1350
1351     // Step 6. Razoring
1352     if (    refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1353         &&  ttMove == MOVE_NONE
1354         &&  ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1355         &&  depth < RazorDepth
1356         && !isCheck
1357         && !value_is_mate(beta)
1358         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1359     {
1360         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1361         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1362         if (v < rbeta)
1363             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1364             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1365             return v;
1366     }
1367
1368     // Step 7. Static null move pruning
1369     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1370     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
1371     if (    allowNullmove
1372         &&  depth < RazorDepth
1373         && !isCheck
1374         && !value_is_mate(beta)
1375         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1376         &&  refinedValue >= beta + futility_margin(depth, 0))
1377         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1378
1379     // Step 8. Null move search with verification search
1380     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1381     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1382     // NullMoveMargin under beta.
1383     if (    allowNullmove
1384         &&  depth > OnePly
1385         && !isCheck
1386         && !value_is_mate(beta)
1387         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1388         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1389     {
1390         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1391
1392         // Null move dynamic reduction based on depth
1393         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1394
1395         // Null move dynamic reduction based on value
1396         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1397             R++;
1398
1399         pos.do_null_move(st);
1400
1401         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1402
1403         pos.undo_null_move();
1404
1405         if (nullValue >= beta)
1406         {
1407             // Do not return unproven mate scores
1408             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
1409                 nullValue = beta;
1410
1411             if (depth < 6 * OnePly)
1412                 return nullValue;
1413
1414             // Do zugzwang verification search
1415             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1416             if (v >= beta)
1417                 return nullValue;
1418         } else {
1419             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1420             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1421             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1422             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1423             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1424             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1425             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1426                 mateThreat = true;
1427
1428             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1429             if (   depth < ThreatDepth
1430                 && ss[ply - 1].reduction
1431                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1432                 return beta - 1;
1433         }
1434     }
1435
1436     // Step 9. Internal iterative deepening
1437     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1438         && ttMove == MOVE_NONE
1439         && !isCheck
1440         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1441     {
1442         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1443         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1444         tte = TT.retrieve(posKey);
1445     }
1446
1447     // Initialize a MovePicker object for the current position
1448     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1449     CheckInfo ci(pos);
1450
1451     // Step 10. Loop through moves
1452     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1453     while (   bestValue < beta
1454            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1455            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1456     {
1457       assert(move_is_ok(move));
1458
1459       if (move == excludedMove)
1460           continue;
1461
1462       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1463       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1464       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1465
1466       // Step 11. Decide the new search depth
1467       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1468
1469       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1470       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1471       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1472       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1473           && tte
1474           && move == tte->move()
1475           && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
1476           && ext < OnePly
1477           && is_lower_bound(tte->type())
1478           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1479       {
1480           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1481
1482           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1483           {
1484               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1485
1486               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1487                   ext = OnePly;
1488           }
1489       }
1490
1491       newDepth = depth - OnePly + ext;
1492
1493       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1494       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1495
1496       // Step 12. Futility pruning
1497       if (   !isCheck
1498           && !dangerous
1499           && !captureOrPromotion
1500           && !move_is_castle(move)
1501           &&  move != ttMove)
1502       {
1503           // Move count based pruning
1504           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1505               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1506               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1507               continue;
1508
1509           // Value based pruning
1510           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1511           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1512                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1513
1514           if (futilityValueScaled < beta)
1515           {
1516               if (futilityValueScaled > bestValue)
1517                   bestValue = futilityValueScaled;
1518               continue;
1519           }
1520       }
1521
1522       // Step 13. Make the move
1523       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1524
1525       // Step 14. Reduced search, if the move fails high
1526       // will be re-searched at full depth.
1527       bool doFullDepthSearch = true;
1528
1529       if (    depth >= 3*OnePly
1530           && !dangerous
1531           && !captureOrPromotion
1532           && !move_is_castle(move)
1533           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1534       {
1535           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1536           if (ss[ply].reduction)
1537           {
1538               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1539               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1540           }
1541       }
1542
1543       // Step 15. Full depth search
1544       if (doFullDepthSearch)
1545       {
1546           ss[ply].reduction = Depth(0);
1547           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1548       }
1549
1550       // Step 16. Undo move
1551       pos.undo_move(move);
1552
1553       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1554
1555       // Step 17. Check for new best move
1556       if (value > bestValue)
1557       {
1558           bestValue = value;
1559           if (value >= beta)
1560               update_pv(ss, ply);
1561
1562           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1563               ss[ply].mateKiller = move;
1564       }
1565
1566       // Step 18. Check for split
1567       if (   TM.active_threads() > 1
1568           && bestValue < beta
1569           && depth >= MinimumSplitDepth
1570           && Iteration <= 99
1571           && TM.available_thread_exists(threadID)
1572           && !AbortSearch
1573           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1574           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1575                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1576           break;
1577     }
1578
1579     // Step 19. Check for mate and stalemate
1580     // All legal moves have been searched and if there are
1581     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1582     // If one move was excluded return fail low score.
1583     if (!moveCount)
1584         return excludedMove ? beta - 1 : (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1585
1586     // Step 20. Update tables
1587     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1588     // history counters, and killer moves.
1589     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1590         return bestValue;
1591
1592     if (bestValue < beta)
1593         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1594     else
1595     {
1596         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1597         move = ss[ply].pv[ply];
1598         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1599         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1600         {
1601             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1602             update_killers(move, ss[ply]);
1603         }
1604
1605     }
1606
1607     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1608
1609     return bestValue;
1610   }
1611
1612
1613   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1614   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1615   // less than OnePly).
1616
1617   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1618                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1619
1620     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1621     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1622     assert(depth <= 0);
1623     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1624     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1625
1626     EvalInfo ei;
1627     StateInfo st;
1628     Move ttMove, move;
1629     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1630     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1631     const TTEntry* tte = NULL;
1632     int moveCount = 0;
1633     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1634     Value oldAlpha = alpha;
1635
1636     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1637     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1638     init_node(ss, ply, threadID);
1639
1640     // After init_node() that calls poll()
1641     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1642         return Value(0);
1643
1644     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1645         return VALUE_DRAW;
1646
1647     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1648     // pruning, but only for move ordering.
1649     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1650     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1651
1652     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1653     {
1654         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1655
1656         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1657         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1658     }
1659
1660     isCheck = pos.is_check();
1661
1662     // Evaluate the position statically
1663     if (isCheck)
1664         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1665     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1666         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1667     else
1668         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1669
1670     if (!isCheck)
1671     {
1672         ss[ply].eval = staticValue;
1673         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1674     }
1675
1676     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1677     // at least beta.
1678     bestValue = staticValue;
1679
1680     if (bestValue >= beta)
1681     {
1682         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1683         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1684             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1685
1686         return bestValue;
1687     }
1688
1689     if (bestValue > alpha)
1690         alpha = bestValue;
1691
1692     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1693     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1694
1695     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1696     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1697     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1698     // and we are near beta) will be generated.
1699     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1700     CheckInfo ci(pos);
1701     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1702     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1703
1704     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1705     while (   alpha < beta
1706            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1707     {
1708       assert(move_is_ok(move));
1709
1710       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1711
1712       // Update current move
1713       moveCount++;
1714       ss[ply].currentMove = move;
1715
1716       // Futility pruning
1717       if (   enoughMaterial
1718           && !isCheck
1719           && !pvNode
1720           && !moveIsCheck
1721           &&  move != ttMove
1722           && !move_is_promotion(move)
1723           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1724       {
1725           futilityValue =  futilityBase
1726                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1727                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1728
1729           if (futilityValue < alpha)
1730           {
1731               if (futilityValue > bestValue)
1732                   bestValue = futilityValue;
1733               continue;
1734           }
1735       }
1736
1737       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1738       evasionPrunable =   isCheck
1739                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1740                        && !pos.move_is_capture(move)
1741                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1742                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1743
1744       // Don't search moves with negative SEE values
1745       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1746           && !pvNode
1747           &&  move != ttMove
1748           && !move_is_promotion(move)
1749           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1750           continue;
1751
1752       // Make and search the move
1753       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1754       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1755       pos.undo_move(move);
1756
1757       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1758
1759       // New best move?
1760       if (value > bestValue)
1761       {
1762           bestValue = value;
1763           if (value > alpha)
1764           {
1765               alpha = value;
1766               update_pv(ss, ply);
1767           }
1768        }
1769     }
1770
1771     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1772     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1773     if (!moveCount && isCheck) // Mate!
1774         return value_mated_in(ply);
1775
1776     // Update transposition table
1777     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1778     if (bestValue <= oldAlpha)
1779     {
1780         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1781         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1782         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1783         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1784     }
1785     else if (bestValue >= beta)
1786     {
1787         move = ss[ply].pv[ply];
1788         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1789
1790         // Update killers only for good checking moves
1791         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1792             update_killers(move, ss[ply]);
1793     }
1794     else
1795         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1796
1797     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1798
1799     return bestValue;
1800   }
1801
1802
1803   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1804   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1805   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1806   // table, done a null move search, and searched the first move before
1807   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1808   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1809   // care of after we return from the split point.
1810
1811   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1812
1813     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1814     assert(TM.active_threads() > 1);
1815
1816     StateInfo st;
1817     Move move;
1818     Depth ext, newDepth;
1819     Value value, futilityValueScaled;
1820     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1821     int moveCount;
1822     value = -VALUE_INFINITE;
1823
1824     Position pos(*sp->pos);
1825     CheckInfo ci(pos);
1826     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1827     isCheck = pos.is_check();
1828
1829     // Step 10. Loop through moves
1830     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1831     lock_grab(&(sp->lock));
1832
1833     while (    sp->bestValue < sp->beta
1834            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1835            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1836     {
1837       moveCount = ++sp->moves;
1838       lock_release(&(sp->lock));
1839
1840       assert(move_is_ok(move));
1841
1842       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1843       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1844
1845       // Step 11. Decide the new search depth
1846       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1847       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1848
1849       // Update current move
1850       ss[sp->ply].currentMove = move;
1851
1852       // Step 12. Futility pruning
1853       if (   !isCheck
1854           && !dangerous
1855           && !captureOrPromotion
1856           && !move_is_castle(move))
1857       {
1858           // Move count based pruning
1859           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1860               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1861               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1862           {
1863               lock_grab(&(sp->lock));
1864               continue;
1865           }
1866
1867           // Value based pruning
1868           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1869           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1870                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1871
1872           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1873           {
1874               lock_grab(&(sp->lock));
1875
1876               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1877                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1878               continue;
1879           }
1880       }
1881
1882       // Step 13. Make the move
1883       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1884
1885       // Step 14. Reduced search
1886       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1887       bool doFullDepthSearch = true;
1888
1889       if (   !dangerous
1890           && !captureOrPromotion
1891           && !move_is_castle(move)
1892           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1893       {
1894           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1895           if (ss[sp->ply].reduction)
1896           {
1897               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1898               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1899           }
1900       }
1901
1902       // Step 15. Full depth search
1903       if (doFullDepthSearch)
1904       {
1905           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1906           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1907       }
1908
1909       // Step 16. Undo move
1910       pos.undo_move(move);
1911
1912       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1913
1914       // Step 17. Check for new best move
1915       lock_grab(&(sp->lock));
1916
1917       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1918       {
1919           sp->bestValue = value;
1920           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1921           {
1922               sp->stopRequest = true;
1923               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1924           }
1925       }
1926     }
1927
1928     /* Here we have the lock still grabbed */
1929
1930     sp->slaves[threadID] = 0;
1931     sp->cpus--;
1932
1933     lock_release(&(sp->lock));
1934   }
1935
1936
1937   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1938   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1939   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1940   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1941   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1942   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1943   // after we return from the split point.
1944
1945   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1946
1947     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1948     assert(TM.active_threads() > 1);
1949
1950     StateInfo st;
1951     Move move;
1952     Depth ext, newDepth;
1953     Value value;
1954     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1955     int moveCount;
1956     value = -VALUE_INFINITE;
1957
1958     Position pos(*sp->pos);
1959     CheckInfo ci(pos);
1960     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1961
1962     // Step 10. Loop through moves
1963     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1964     lock_grab(&(sp->lock));
1965
1966     while (    sp->alpha < sp->beta
1967            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1968            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1969     {
1970       moveCount = ++sp->moves;
1971       lock_release(&(sp->lock));
1972
1973       assert(move_is_ok(move));
1974
1975       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1976       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1977
1978       // Step 11. Decide the new search depth
1979       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1980       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1981
1982       // Update current move
1983       ss[sp->ply].currentMove = move;
1984
1985       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1986
1987       // Step 13. Make the move
1988       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1989
1990       // Step 14. Reduced search
1991       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1992       bool doFullDepthSearch = true;
1993
1994       if (   !dangerous
1995           && !captureOrPromotion
1996           && !move_is_castle(move)
1997           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1998       {
1999           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
2000           if (ss[sp->ply].reduction)
2001           {
2002               Value localAlpha = sp->alpha;
2003               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
2004               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
2005           }
2006       }
2007
2008       // Step 15. Full depth search
2009       if (doFullDepthSearch)
2010       {
2011           Value localAlpha = sp->alpha;
2012           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
2013           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
2014
2015           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
2016           {
2017               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
2018               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
2019               localAlpha = sp->alpha;
2020               if (localAlpha < sp->beta)
2021                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2022           }
2023       }
2024
2025       // Step 16. Undo move
2026       pos.undo_move(move);
2027
2028       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2029
2030       // Step 17. Check for new best move
2031       lock_grab(&(sp->lock));
2032
2033       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2034       {
2035           sp->bestValue = value;
2036           if (value > sp->alpha)
2037           {
2038               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2039               if (value >= sp->beta)
2040                   sp->stopRequest = true;
2041
2042               sp->alpha = value;
2043
2044               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2045               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2046                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2047           }
2048       }
2049     }
2050
2051     /* Here we have the lock still grabbed */
2052
2053     sp->slaves[threadID] = 0;
2054     sp->cpus--;
2055
2056     lock_release(&(sp->lock));
2057   }
2058
2059
2060   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2061   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2062   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2063   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2064   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2065
2066   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2067
2068     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2069     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2070
2071     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2072
2073     if (threadID == 0)
2074     {
2075         NodesSincePoll++;
2076         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2077         {
2078             poll(ss, ply);
2079             NodesSincePoll = 0;
2080         }
2081     }
2082     ss[ply].init(ply);
2083     ss[ply + 2].initKillers();
2084   }
2085
2086
2087   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2088   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2089   // current node.
2090
2091   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2092
2093     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2094
2095     int p;
2096
2097     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2098
2099     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2100         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2101
2102     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2103   }
2104
2105
2106   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2107   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2108   // the PV at the parent node.
2109
2110   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2111
2112     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2113
2114     int p;
2115
2116     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2117
2118     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2119         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2120
2121     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2122   }
2123
2124
2125   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2126   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2127   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2128   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2129   // second move is assumed to be a move from the current position.
2130
2131   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2132
2133     Square f1, t1, f2, t2;
2134     Piece p;
2135
2136     assert(move_is_ok(m1));
2137     assert(move_is_ok(m2));
2138
2139     if (m2 == MOVE_NONE)
2140         return false;
2141
2142     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2143     f2 = move_from(m2);
2144     t1 = move_to(m1);
2145     if (f2 == t1)
2146         return true;
2147
2148     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2149     t2 = move_to(m2);
2150     f1 = move_from(m1);
2151     if (t2 == f1)
2152         return true;
2153
2154     // Case 3: Moving through the vacated square
2155     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2156         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2157       return true;
2158
2159     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2160     p = pos.piece_on(t1);
2161     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2162         return true;
2163
2164     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2165     if (    piece_is_slider(p)
2166         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2167         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2168     {
2169         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2170         // move is the opposite of the checking piece.
2171         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2172         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2173
2174         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2175             return true;
2176     }
2177     return false;
2178   }
2179
2180
2181   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2182   // eventually compensated for the ply.
2183
2184   bool value_is_mate(Value value) {
2185
2186     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2187
2188     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2189           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2190   }
2191
2192
2193   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2194   // killer moves of that ply.
2195
2196   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2197
2198       const Move* k = ss.killers;
2199       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2200           if (*k == m)
2201               return true;
2202
2203       return false;
2204   }
2205
2206
2207   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2208   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2209   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2210   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2211   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2212   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2213
2214   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2215                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2216
2217     assert(m != MOVE_NONE);
2218
2219     Depth result = Depth(0);
2220     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2221
2222     if (*dangerous)
2223     {
2224         if (moveIsCheck)
2225             result += CheckExtension[pvNode];
2226
2227         if (singleEvasion)
2228             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2229
2230         if (mateThreat)
2231             result += MateThreatExtension[pvNode];
2232     }
2233
2234     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2235     {
2236         Color c = pos.side_to_move();
2237         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2238         {
2239             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2240             *dangerous = true;
2241         }
2242         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2243         {
2244             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2245             *dangerous = true;
2246         }
2247     }
2248
2249     if (   captureOrPromotion
2250         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2251         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2252             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2253         && !move_is_promotion(m)
2254         && !move_is_ep(m))
2255     {
2256         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2257         *dangerous = true;
2258     }
2259
2260     if (   pvNode
2261         && captureOrPromotion
2262         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2263         && pos.see_sign(m) >= 0)
2264     {
2265         result += OnePly/2;
2266         *dangerous = true;
2267     }
2268
2269     return Min(result, OnePly);
2270   }
2271
2272
2273   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2274   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2275   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2276   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2277   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2278   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2279   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2280
2281   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2282
2283     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2284   }
2285
2286
2287   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2288   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2289   // candidates for pruning.
2290
2291   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2292
2293     assert(move_is_ok(m));
2294     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2295     assert(!pos.move_is_check(m));
2296     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2297     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2298
2299     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2300
2301     // Prune if there isn't any threat move
2302     if (threat == MOVE_NONE)
2303         return true;
2304
2305     mfrom = move_from(m);
2306     mto = move_to(m);
2307     tfrom = move_from(threat);
2308     tto = move_to(threat);
2309
2310     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2311     if (mfrom == tto)
2312         return false;
2313
2314     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2315     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2316     if (   pos.move_is_capture(threat)
2317         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2318             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2319         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2320         return false;
2321
2322     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2323     // prune safe moves which block its ray.
2324     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2325         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2326         && pos.see_sign(m) >= 0)
2327         return false;
2328
2329     return true;
2330   }
2331
2332
2333   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2334   // can be used at a given point in search.
2335
2336   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2337
2338     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2339
2340     return   (   tte->depth() >= depth
2341               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2342               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2343
2344           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2345               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2346   }
2347
2348
2349   // refine_eval() returns the transposition table score if
2350   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2351
2352   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2353
2354       if (!tte)
2355           return defaultEval;
2356
2357       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2358
2359       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2360           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2361           return v;
2362
2363       return defaultEval;
2364   }
2365
2366
2367   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2368   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2369
2370   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2371                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2372
2373     Move m;
2374
2375     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2376
2377     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2378     {
2379         m = movesSearched[i];
2380
2381         assert(m != move);
2382
2383         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2384             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2385     }
2386   }
2387
2388
2389   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2390   // among the killer moves of that ply.
2391
2392   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2393
2394     if (m == ss.killers[0])
2395         return;
2396
2397     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2398         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2399
2400     ss.killers[0] = m;
2401   }
2402
2403
2404   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2405   // the static position evaluation before and after the move.
2406
2407   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2408
2409     if (   m != MOVE_NULL
2410         && before != VALUE_NONE
2411         && after != VALUE_NONE
2412         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2413         && !move_is_castle(m)
2414         && !move_is_promotion(m))
2415         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2416   }
2417
2418
2419   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2420   // since the beginning of the current search.
2421
2422   int current_search_time() {
2423
2424     return get_system_time() - SearchStartTime;
2425   }
2426
2427
2428   // nps() computes the current nodes/second count.
2429
2430   int nps() {
2431
2432     int t = current_search_time();
2433     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2434   }
2435
2436
2437   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2438   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2439   // search.
2440
2441   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2442
2443     static int lastInfoTime;
2444     int t = current_search_time();
2445
2446     //  Poll for input
2447     if (Bioskey())
2448     {
2449         // We are line oriented, don't read single chars
2450         std::string command;
2451
2452         if (!std::getline(std::cin, command))
2453             command = "quit";
2454
2455         if (command == "quit")
2456         {
2457             AbortSearch = true;
2458             PonderSearch = false;
2459             Quit = true;
2460             return;
2461         }
2462         else if (command == "stop")
2463         {
2464             AbortSearch = true;
2465             PonderSearch = false;
2466         }
2467         else if (command == "ponderhit")
2468             ponderhit();
2469     }
2470
2471     // Print search information
2472     if (t < 1000)
2473         lastInfoTime = 0;
2474
2475     else if (lastInfoTime > t)
2476         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2477         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2478         lastInfoTime = 0;
2479
2480     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2481     {
2482         lastInfoTime = t;
2483
2484         if (dbg_show_mean)
2485             dbg_print_mean();
2486
2487         if (dbg_show_hit_rate)
2488             dbg_print_hit_rate();
2489
2490         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2491              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2492
2493         // We only support current line printing in single thread mode
2494         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2495         {
2496             cout << "info currline";
2497             for (int p = 0; p < ply; p++)
2498                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2499
2500             cout << endl;
2501         }
2502     }
2503
2504     // Should we stop the search?
2505     if (PonderSearch)
2506         return;
2507
2508     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2509                            && !AspirationFailLow
2510                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2511
2512     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2513                      || stillAtFirstMove;
2514
2515     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2516         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2517         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2518         AbortSearch = true;
2519   }
2520
2521
2522   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2523   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2524   // it correctly predicted the opponent's move.
2525
2526   void ponderhit() {
2527
2528     int t = current_search_time();
2529     PonderSearch = false;
2530
2531     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2532                            && !AspirationFailLow
2533                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2534
2535     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2536                      || stillAtFirstMove;
2537
2538     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2539         AbortSearch = true;
2540   }
2541
2542
2543   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2544
2545   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2546
2547     for (int i = 0; i < 3; i++)
2548     {
2549         ss[i].init(i);
2550         ss[i].initKillers();
2551     }
2552   }
2553
2554
2555   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2556   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2557   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2558   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2559   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2560   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2561
2562   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2563
2564     std::string command;
2565
2566     while (true)
2567     {
2568         if (!std::getline(std::cin, command))
2569             command = "quit";
2570
2571         if (command == "quit")
2572         {
2573             Quit = true;
2574             break;
2575         }
2576         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2577             break;
2578     }
2579   }
2580
2581
2582   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2583   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2584
2585   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2586
2587     cout << "info depth " << Iteration
2588          << " score " << value_to_string(value)
2589          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2590             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2591          << " time "  << current_search_time()
2592          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2593          << " nps "   << nps()
2594          << " pv ";
2595
2596     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2597         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2598
2599     cout << endl;
2600
2601     if (UseLogFile)
2602     {
2603         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2604             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2605
2606         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2607                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2608     }
2609   }
2610
2611
2612   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2613   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2614   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2615   // threads and one for Windows threads.
2616
2617 #if !defined(_MSC_VER)
2618
2619   void* init_thread(void *threadID) {
2620
2621     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2622     return NULL;
2623   }
2624
2625 #else
2626
2627   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2628
2629     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2630     return 0;
2631   }
2632
2633 #endif
2634
2635
2636   /// The ThreadsManager class
2637
2638   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2639   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2640   // counters used to sort the moves at root.
2641
2642   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2643
2644     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2645         threads[i].nodes = 0ULL;
2646   }
2647
2648   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2649
2650     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2651         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2652   }
2653
2654   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2655
2656     int64_t result = 0ULL;
2657     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2658         result += threads[i].nodes;
2659
2660     return result;
2661   }
2662
2663   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2664
2665     our = their = 0UL;
2666     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2667     {
2668         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2669         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2670     }
2671   }
2672
2673
2674   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2675   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2676   // object for which the current thread is the master.
2677
2678   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2679
2680     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2681
2682     while (true)
2683     {
2684         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2685         // master should exit as last one.
2686         if (AllThreadsShouldExit)
2687         {
2688             assert(!waitSp);
2689             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2690             return;
2691         }
2692
2693         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2694         // instead of wasting CPU time polling for work.
2695         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2696         {
2697             assert(!waitSp);
2698             assert(threadID != 0);
2699             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2700
2701 #if !defined(_MSC_VER)
2702             lock_grab(&WaitLock);
2703             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2704                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2705             lock_release(&WaitLock);
2706 #else
2707             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2708 #endif
2709         }
2710
2711         // If thread has just woken up, mark it as available
2712         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2713             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2714
2715         // If this thread has been assigned work, launch a search
2716         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2717         {
2718             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2719
2720             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2721
2722             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2723                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2724             else
2725                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2726
2727             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2728
2729             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2730         }
2731
2732         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2733         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2734         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2735         {
2736             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2737
2738             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2739             return;
2740         }
2741     }
2742   }
2743
2744
2745   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2746   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2747   // objects.
2748
2749   void ThreadsManager::init_threads() {
2750
2751     volatile int i;
2752     bool ok;
2753
2754 #if !defined(_MSC_VER)
2755     pthread_t pthread[1];
2756 #endif
2757
2758     // Initialize global locks
2759     lock_init(&MPLock, NULL);
2760     lock_init(&WaitLock, NULL);
2761
2762 #if !defined(_MSC_VER)
2763     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2764 #else
2765     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2766         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2767 #endif
2768
2769     // Initialize SplitPointStack locks
2770     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2771         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2772         {
2773             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2774             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2775         }
2776
2777     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2778     AllThreadsShouldExit = false;
2779
2780     // Threads will be put to sleep as soon as created
2781     AllThreadsShouldSleep = true;
2782
2783     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2784     ActiveThreads = 1;
2785     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2786     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2787         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2788
2789     // Launch the helper threads
2790     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2791     {
2792
2793 #if !defined(_MSC_VER)
2794         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2795 #else
2796         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2797 #endif
2798
2799         if (!ok)
2800         {
2801             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2802             Application::exit_with_failure();
2803         }
2804
2805         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2806         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2807     }
2808   }
2809
2810
2811   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2812   // helper threads exit cleanly.
2813
2814   void ThreadsManager::exit_threads() {
2815
2816     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2817     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2818     wake_sleeping_threads();
2819
2820     // This makes the threads to exit idle_loop()
2821     AllThreadsShouldExit = true;
2822
2823     // Wait for thread termination
2824     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2825         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2826
2827     // Now we can safely destroy the locks
2828     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2829         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2830             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2831
2832     lock_destroy(&WaitLock);
2833     lock_destroy(&MPLock);
2834   }
2835
2836
2837   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2838   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2839   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2840
2841   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2842
2843     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2844
2845     SplitPoint* sp;
2846
2847     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2848     return sp != NULL;
2849   }
2850
2851
2852   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2853   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2854   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2855   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2856   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2857   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2858   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2859
2860   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2861
2862     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2863     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2864     assert(ActiveThreads > 1);
2865
2866     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2867         return false;
2868
2869     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2870     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2871
2872     if (localActiveSplitPoints == 0)
2873         // No active split points means that the thread is available as
2874         // a slave for any other thread.
2875         return true;
2876
2877     if (ActiveThreads == 2)
2878         return true;
2879
2880     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2881     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2882     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2883     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2884         return true;
2885
2886     return false;
2887   }
2888
2889
2890   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2891   // a slave for the thread with threadID "master".
2892
2893   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2894
2895     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2896     assert(ActiveThreads > 1);
2897
2898     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2899         if (thread_is_available(i, master))
2900             return true;
2901
2902     return false;
2903   }
2904
2905
2906   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2907   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2908   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2909   // split point objects), the function immediately returns false. If
2910   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2911   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2912   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2913   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2914   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2915   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2916   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2917
2918   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2919              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2920              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2921
2922     assert(p.is_ok());
2923     assert(sstck != NULL);
2924     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2925     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2926     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2927            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2928     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2929     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2930     assert(depth > Depth(0));
2931     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2932     assert(ActiveThreads > 1);
2933
2934     SplitPoint* splitPoint;
2935
2936     lock_grab(&MPLock);
2937
2938     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2939     // active split points, don't split.
2940     if (   !available_thread_exists(master)
2941         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2942     {
2943         lock_release(&MPLock);
2944         return false;
2945     }
2946
2947     // Pick the next available split point object from the split point stack
2948     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2949
2950     // Initialize the split point object
2951     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2952     splitPoint->stopRequest = false;
2953     splitPoint->ply = ply;
2954     splitPoint->depth = depth;
2955     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2956     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2957     splitPoint->beta = beta;
2958     splitPoint->pvNode = pvNode;
2959     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2960     splitPoint->master = master;
2961     splitPoint->mp = mp;
2962     splitPoint->moves = *moves;
2963     splitPoint->cpus = 1;
2964     splitPoint->pos = &p;
2965     splitPoint->parentSstack = sstck;
2966     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2967         splitPoint->slaves[i] = 0;
2968
2969     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2970     threads[master].activeSplitPoints++;
2971
2972     // If we are here it means we are not available
2973     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2974
2975     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2976     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2977         if (thread_is_available(i, master))
2978         {
2979             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2980             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2981             splitPoint->slaves[i] = 1;
2982             splitPoint->cpus++;
2983         }
2984
2985     assert(splitPoint->cpus > 1);
2986
2987     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2988     lock_release(&MPLock);
2989
2990     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2991     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2992     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2993         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2994         {
2995             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2996
2997             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2998
2999             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
3000         }
3001
3002     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
3003     // which it will instantly launch a search, because its state is
3004     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
3005     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
3006     // loop when all threads have finished their work at this split point
3007     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
3008     idle_loop(master, splitPoint);
3009
3010     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
3011     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
3012     lock_grab(&MPLock);
3013
3014     if (pvNode)
3015         *alpha = splitPoint->alpha;
3016
3017     *bestValue = splitPoint->bestValue;
3018     threads[master].activeSplitPoints--;
3019     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
3020
3021     lock_release(&MPLock);
3022     return true;
3023   }
3024
3025
3026   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
3027   // to start a new search from the root.
3028
3029   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3030
3031     assert(AllThreadsShouldSleep);
3032     assert(ActiveThreads > 0);
3033
3034     AllThreadsShouldSleep = false;
3035
3036     if (ActiveThreads == 1)
3037         return;
3038
3039 #if !defined(_MSC_VER)
3040     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3041     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3042     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3043 #else
3044     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3045         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3046 #endif
3047
3048   }
3049
3050
3051   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3052   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3053   // finished the job and should be idle.
3054
3055   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3056
3057     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3058
3059     // This makes the threads to go to sleep
3060     AllThreadsShouldSleep = true;
3061   }
3062
3063   /// The RootMoveList class
3064
3065   // RootMoveList c'tor
3066
3067   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3068
3069     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3070     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3071     StateInfo st;
3072     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3073
3074     // Generate all legal moves
3075     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3076
3077     // Add each move to the moves[] array
3078     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3079     {
3080         bool includeMove = includeAllMoves;
3081
3082         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3083             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3084
3085         if (!includeMove)
3086             continue;
3087
3088         // Find a quick score for the move
3089         init_ss_array(ss);
3090         pos.do_move(cur->move, st);
3091         moves[count].move = cur->move;
3092         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3093         moves[count].pv[0] = cur->move;
3094         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3095         pos.undo_move(cur->move);
3096         count++;
3097     }
3098     sort();
3099   }
3100
3101
3102   // RootMoveList simple methods definitions
3103
3104   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3105
3106     moves[moveNum].nodes = nodes;
3107     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3108   }
3109
3110   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3111
3112     moves[moveNum].ourBeta = our;
3113     moves[moveNum].theirBeta = their;
3114   }
3115
3116   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3117
3118     int j;
3119
3120     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3121         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3122
3123     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3124   }
3125
3126
3127   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3128   // iteration.
3129
3130   void RootMoveList::sort() {
3131
3132     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3133   }
3134
3135
3136   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3137   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3138   // correctly in MultiPV mode.
3139
3140   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3141
3142     int i,j;
3143
3144     for (i = 1; i <= n; i++)
3145     {
3146         RootMove rm = moves[i];
3147         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3148             moves[j] = moves[j - 1];
3149
3150         moves[j] = rm;
3151     }
3152   }
3153
3154 } // namspace