Additional search.cpp cleanup
[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) 2008-2009 Marco Costalba
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75
76     void resetNodeCounters();
77     void resetBetaCounters();
78     int64_t nodes_searched() const;
79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
80     bool available_thread_exists(int master) const;
81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
83     void wake_sleeping_threads();
84     void put_threads_to_sleep();
85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
87                Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
88
89   private:
90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
91
92     int ActiveThreads;
93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
94     Thread threads[MAX_THREADS];
95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
96
97     Lock MPLock, WaitLock;
98
99 #if !defined(_MSC_VER)
100     pthread_cond_t WaitCond;
101 #else
102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
103 #endif
104
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low).
111
112   struct RootMove {
113
114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
115
116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
119     // have equal score but m1 has the higher node count.
120     bool operator<(const RootMove& m) const {
121
122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
123     }
124
125     Move move;
126     Value score;
127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
129   };
130
131
132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
134
135   class RootMoveList {
136
137   public:
138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
139
140     int move_count() const { return count; }
141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
146
147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
150     void sort();
151     void sort_multipv(int n);
152
153   private:
154     static const int MaxRootMoves = 500;
155     RootMove moves[MaxRootMoves];
156     int count;
157   };
158
159
160   /// Adjustments
161
162   // Step 6. Razoring
163
164   // Maximum depth for razoring
165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
166
167   // Dynamic razoring margin based on depth
168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
169
170   // Step 8. Null move search with verification search
171
172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
175
176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
178
179   // Step 9. Internal iterative deepening
180
181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options
192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
199
200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
201   // remaining ones we will extend it.
202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
203
204   // Step 12. Futility pruning
205
206   // Futility margin for quiescence search
207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
208
209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
212
213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
215
216   // Step 14. Reduced search
217
218   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
219   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
220   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
221
222   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
223   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
224
225   // Common adjustments
226
227   // Search depth at iteration 1
228   const Depth InitialDepth = OnePly;
229
230   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
231   // better than the second best move.
232   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
233
234   // Last seconds noise filtering (LSN)
235   const bool UseLSNFiltering = true;
236   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
237   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
238   bool loseOnTime = false;
239
240
241   /// Global variables
242
243   // Iteration counter
244   int Iteration;
245
246   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
247   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
248   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
249
250   // Search window management
251   int AspirationDelta;
252
253   // MultiPV mode
254   int MultiPV;
255
256   // Time managment variables
257   int RootMoveNumber, SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth;
258   int MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
259   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
260   bool AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
261
262   // Show current line?
263   bool ShowCurrentLine;
264
265   // Log file
266   bool UseLogFile;
267   std::ofstream LogFile;
268
269   // Multi-threads related variables
270   Depth MinimumSplitDepth;
271   int MaxThreadsPerSplitPoint;
272   ThreadsManager TM;
273
274   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
275   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
276   int NodesSincePoll;
277   int NodesBetweenPolls = 30000;
278
279   // History table
280   History H;
281
282   /// Local functions
283
284   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
285   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta);
286   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
287   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
288   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
289   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
290   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
291   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
292   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
293   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
294   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
295   bool value_is_mate(Value value);
296   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
297   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
298   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
299   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
300   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
301   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
302   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
303   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
304   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
305
306   int current_search_time();
307   int nps();
308   void poll(SearchStack ss[], int ply);
309   void ponderhit();
310   void wait_for_stop_or_ponderhit();
311   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
312   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
313
314 #if !defined(_MSC_VER)
315   void *init_thread(void *threadID);
316 #else
317   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
318 #endif
319
320 }
321
322
323 ////
324 //// Functions
325 ////
326
327 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
328 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
329
330 void init_threads() { TM.init_threads(); }
331 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
332 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
333
334
335 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
336 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
337
338 int perft(Position& pos, Depth depth)
339 {
340     StateInfo st;
341     Move move;
342     int sum = 0;
343     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
344
345     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
346     // the moves, just to count them.
347     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
348     {
349         while (mp.get_next_move()) sum++;
350         return sum;
351     }
352
353     // Loop through all legal moves
354     CheckInfo ci(pos);
355     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
356     {
357         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
358         sum += perft(pos, depth - OnePly);
359         pos.undo_move(move);
360     }
361     return sum;
362 }
363
364
365 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
366 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
367 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
368 /// when a quit command is received during the search.
369
370 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
371            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
372            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
373
374   // Initialize global search variables
375   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
376   NodesSincePoll = 0;
377   TM.resetNodeCounters();
378   SearchStartTime = get_system_time();
379   ExactMaxTime = maxTime;
380   MaxDepth = maxDepth;
381   MaxNodes = maxNodes;
382   InfiniteSearch = infinite;
383   PonderSearch = ponder;
384   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
385
386   // Look for a book move, only during games, not tests
387   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
388   {
389       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
390           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
391
392       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
393       if (bookMove != MOVE_NONE)
394       {
395           if (PonderSearch)
396               wait_for_stop_or_ponderhit();
397
398           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
399           return true;
400       }
401   }
402
403   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
404   if (button_was_pressed("New Game"))
405       loseOnTime = false;
406
407   // Read UCI option values
408   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
409   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
410       TT.clear();
411
412   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
413   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
414   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
415   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
416   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
417   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
418   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
419   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
420   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
421   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
422   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
423   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
424
425   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
426   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
427   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
428   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
429   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
430   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
431
432   if (UseLogFile)
433       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
434
435   read_weights(pos.side_to_move());
436
437   // Set the number of active threads
438   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
439   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
440   {
441       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
442       init_eval(TM.active_threads());
443       // HACK: init_eval() destroys the static castleRightsMask[] array in the
444       // Position class. The below line repairs the damage.
445       Position p(pos.to_fen());
446       assert(pos.is_ok());
447   }
448
449   // Wake up sleeping threads
450   TM.wake_sleeping_threads();
451
452   // Set thinking time
453   int myTime = time[side_to_move];
454   int myIncrement = increment[side_to_move];
455   if (UseTimeManagement)
456   {
457       if (!movesToGo) // Sudden death time control
458       {
459           if (myIncrement)
460           {
461               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
462               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
463           }
464           else // Blitz game without increment
465           {
466               MaxSearchTime = myTime / 30;
467               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
468           }
469       }
470       else // (x moves) / (y minutes)
471       {
472           if (movesToGo == 1)
473           {
474               MaxSearchTime = myTime / 2;
475               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
476           }
477           else
478           {
479               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
480               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
481           }
482       }
483
484       if (get_option_value_bool("Ponder"))
485       {
486           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
487           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
488       }
489   }
490
491   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
492   // heavy time pressure.
493   if (MaxNodes)
494       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
495   else if (myTime && myTime < 1000)
496       NodesBetweenPolls = 1000;
497   else if (myTime && myTime < 5000)
498       NodesBetweenPolls = 5000;
499   else
500       NodesBetweenPolls = 30000;
501
502   // Write search information to log file
503   if (UseLogFile)
504       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
505               << "infinite: "  << infinite
506               << " ponder: "   << ponder
507               << " time: "     << myTime
508               << " increment: " << myIncrement
509               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
510
511   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
512   if (   UseLSNFiltering
513       && loseOnTime)
514   {
515       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
516        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
517            /* wait here */;
518   }
519
520   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
521   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
522
523   if (UseLSNFiltering)
524   {
525       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
526       // decide to lose on time.
527       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
528           && myTime < LSNTime
529           && myIncrement == 0
530           && movesToGo == 0
531           && v < -LSNValue)
532       {
533           loseOnTime = true;
534       }
535       else if (loseOnTime)
536       {
537           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
538           loseOnTime = false;
539       }
540   }
541
542   if (UseLogFile)
543       LogFile.close();
544
545   TM.put_threads_to_sleep();
546
547   return !Quit;
548 }
549
550
551 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
552
553 void init_search() {
554
555   // Init our reduction lookup tables
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 = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
560           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
561           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
562           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
563       }
564
565   // Init futility margins array
566   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
567       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
568       {
569           // FIXME: test using log instead of BSR
570           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
571       }
572
573   // Init futility move count array
574   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
575       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
576 }
577
578
579 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
580 // new search from the root.
581 void SearchStack::init(int ply) {
582
583   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
584   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
585   reduction = Depth(0);
586   eval = VALUE_NONE;
587 }
588
589 void SearchStack::initKillers() {
590
591   mateKiller = MOVE_NONE;
592   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
593       killers[i] = MOVE_NONE;
594 }
595
596 namespace {
597
598   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
599   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
600   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
601   // reached.
602
603   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
604
605     Position p(pos);
606     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
607     Move EasyMove = MOVE_NONE;
608     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
609
610     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
611     RootMoveList rml(p, searchMoves);
612
613     // Handle special case of searching on a mate/stale position
614     if (rml.move_count() == 0)
615     {
616         if (PonderSearch)
617             wait_for_stop_or_ponderhit();
618
619         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
620     }
621
622     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
623     // so to output information also for iteration 1.
624     cout << "info depth " << 1
625          << "\ninfo depth " << 1
626          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
627          << " time " << current_search_time()
628          << " nodes " << TM.nodes_searched()
629          << " nps " << nps()
630          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
631
632     // Initialize
633     TT.new_search();
634     H.clear();
635     init_ss_array(ss);
636     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
637     Iteration = 1;
638
639     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
640     if (   rml.move_count() == 1
641         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
642         EasyMove = rml.get_move(0);
643
644     // Iterative deepening loop
645     while (Iteration < PLY_MAX)
646     {
647         // Initialize iteration
648         rml.sort();
649         Iteration++;
650         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
651         if (Iteration <= 5)
652             ExtraSearchTime = 0;
653
654         cout << "info depth " << Iteration << endl;
655
656         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
657         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
658         {
659             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
660             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
661
662             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
663             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
664
665             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
666             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
667         }
668
669         // Search to the current depth
670         value = root_search(p, ss, rml, alpha, beta);
671
672         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
673         // been overwritten during the search.
674         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
675
676         if (AbortSearch)
677             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
678
679         //Save info about search result
680         ValueByIteration[Iteration] = value;
681
682         // Drop the easy move if differs from the new best move
683         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
684             EasyMove = MOVE_NONE;
685
686         if (UseTimeManagement)
687         {
688             // Time to stop?
689             bool stopSearch = false;
690
691             // Stop search early if there is only a single legal move,
692             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
693             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
694                 stopSearch = true;
695
696             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
697             if (  Iteration >= 6
698                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
699                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
700                 stopSearch = true;
701
702             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
703             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
704             if (   Iteration >= 8
705                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
706                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
707                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
708                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
709                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
710                 stopSearch = true;
711
712             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
713             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
714                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
715                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
716
717             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
718             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
719             // move at the next iteration anyway.
720             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
721                 stopSearch = true;
722
723             if (stopSearch)
724             {
725                 if (PonderSearch)
726                     StopOnPonderhit = true;
727                 else
728                     break;
729             }
730         }
731
732         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
733             break;
734     }
735
736     rml.sort();
737
738     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
739     // best move before we are told to do so.
740     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
741         wait_for_stop_or_ponderhit();
742     else
743         // Print final search statistics
744         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
745              << " nps " << nps()
746              << " time " << current_search_time()
747              << " hashfull " << TT.full() << endl;
748
749     // Print the best move and the ponder move to the standard output
750     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
751     {
752         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
753         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
754     }
755
756     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
757
758     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
759
760     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
761         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
762
763     cout << endl;
764
765     if (UseLogFile)
766     {
767         if (dbg_show_mean)
768             dbg_print_mean(LogFile);
769
770         if (dbg_show_hit_rate)
771             dbg_print_hit_rate(LogFile);
772
773         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
774                 << "\nNodes/second: " << nps()
775                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
776
777         StateInfo st;
778         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
779         LogFile << "\nPonder move: "
780                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
781                 << endl;
782     }
783     return rml.get_move_score(0);
784   }
785
786
787   // root_search() is the function which searches the root node. It is
788   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
789   // scheme, prints some information to the standard output and handles
790   // the fail low/high loops.
791
792   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta) {
793
794     EvalInfo ei;
795     StateInfo st;
796     int64_t nodes;
797     Move move;
798     Depth depth, ext, newDepth;
799     Value value, alpha;
800     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
801     int researchCount = 0;
802     CheckInfo ci(pos);
803     alpha = oldAlpha;
804     isCheck = pos.is_check();
805
806     // Evaluate the position statically
807     ss[0].eval = !isCheck ? evaluate(pos, ei, 0) : VALUE_NONE;
808
809     while (1) // Fail low loop
810     {
811         // Loop through all the moves in the root move list
812         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
813         {
814             if (alpha >= beta)
815             {
816                 // We failed high, invalidate and skip next moves, leave node-counters
817                 // and beta-counters as they are and quickly return, we will try to do
818                 // a research at the next iteration with a bigger aspiration window.
819                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
820                 continue;
821             }
822
823             // This is used by time management and starts from 1
824             RootMoveNumber = i + 1;
825
826             // Save the current node count before the move is searched
827             nodes = TM.nodes_searched();
828
829             // Reset beta cut-off counters
830             TM.resetBetaCounters();
831
832             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
833             // the standard output.
834             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
835
836             if (current_search_time() >= 1000)
837                 cout << "info currmove " << move
838                      << " currmovenumber " << RootMoveNumber << endl;
839
840             // Decide search depth for this move
841             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
842             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
843             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
844             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
845             newDepth = depth + ext;
846
847             // Reset value before the search
848             value = - VALUE_INFINITE;
849
850             while (1) // Fail high loop
851             {
852                 // Make the move, and search it
853                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
854
855                 if (i < MultiPV || value > alpha)
856                 {
857                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
858                     if (MultiPV > 1)
859                         alpha = -VALUE_INFINITE;
860
861                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
862                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
863                 }
864                 else
865                 {
866                     // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
867                     // if the move fails high will be re-searched at full depth.
868                     bool doFullDepthSearch = true;
869
870                     if (    depth >= 3 * OnePly // FIXME was newDepth
871                         && !dangerous
872                         && !captureOrPromotion
873                         && !move_is_castle(move))
874                     {
875                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
876                         if (ss[0].reduction)
877                         {
878                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
879                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
880                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
881                         }
882                     }
883
884                     if (doFullDepthSearch)
885                     {
886                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
887                         ss[0].reduction = Depth(0);
888                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
889
890                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
891                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
892                         if (value > alpha)
893                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
894                     }
895                 }
896
897                 pos.undo_move(move);
898
899                 // Can we exit fail high loop ?
900                 if (AbortSearch || value < beta)
901                     break;
902
903                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
904                 // the score before research in case we run out of time while researching.
905                 rml.set_move_score(i, value);
906                 update_pv(ss, 0);
907                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
908                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
909
910                 // Print information to the standard output
911                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
912
913                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
914                 researchCount++;
915                 beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCount), VALUE_INFINITE);
916
917             } // End of fail high loop
918
919             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
920             // was aborted because the user interrupted the search or because we
921             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
922             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
923             // move and/or PV.
924             if (AbortSearch)
925                 break;
926
927             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
928             // info is used to sort the root moves at the next iteration.
929             int64_t our, their;
930             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
931             rml.set_beta_counters(i, our, their);
932             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
933
934             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
935
936             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
937                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
938             else
939             {
940                 // PV move or new best move!
941
942                 // Update PV
943                 rml.set_move_score(i, value);
944                 update_pv(ss, 0);
945                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
946                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
947
948                 if (MultiPV == 1)
949                 {
950                     // We record how often the best move has been changed in each
951                     // iteration. This information is used for time managment: When
952                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
953                     if (i > 0)
954                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
955
956                     // Print information to the standard output
957                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
958
959                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound, note
960                     // that we can end up with alpha >= beta and so get a fail high.
961                     if (value > alpha)
962                         alpha = value;
963                 }
964                 else // MultiPV > 1
965                 {
966                     rml.sort_multipv(i);
967                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
968                     {
969                         cout << "info multipv " << j + 1
970                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
971                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
972                              << " time " << current_search_time()
973                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
974                              << " nps " << nps()
975                              << " pv ";
976
977                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
978                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
979
980                         cout << endl;
981                     }
982                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
983                 }
984             } // PV move or new best move
985
986             assert(alpha >= oldAlpha);
987
988             AspirationFailLow = (alpha == oldAlpha);
989
990             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
991                 StopOnPonderhit = false;
992         }
993
994         // Can we exit fail low loop ?
995         if (AbortSearch || alpha > oldAlpha)
996             break;
997
998         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
999         researchCount++;
1000         alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCount), -VALUE_INFINITE);
1001         oldAlpha = alpha;
1002
1003     } // Fail low loop
1004
1005     return alpha;
1006   }
1007
1008
1009   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1010
1011   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1012                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1013
1014     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1015     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1016     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1017     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1018
1019     Move movesSearched[256];
1020     EvalInfo ei;
1021     StateInfo st;
1022     const TTEntry* tte;
1023     Move ttMove, move;
1024     Depth ext, newDepth;
1025     Value bestValue, value, oldAlpha;
1026     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1027     bool mateThreat = false;
1028     int moveCount = 0;
1029     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1030
1031     if (depth < OnePly)
1032         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1033
1034     // Step 1. Initialize node and poll
1035     // Polling can abort search.
1036     init_node(ss, ply, threadID);
1037
1038     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1039     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1040         return Value(0);
1041
1042     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1043         return VALUE_DRAW;
1044
1045     // Step 3. Mate distance pruning
1046     oldAlpha = alpha;
1047     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1048     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1049     if (alpha >= beta)
1050         return alpha;
1051
1052     // Step 4. Transposition table lookup
1053     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1054     // This is to avoid problems in the following areas:
1055     //
1056     // * Repetition draw detection
1057     // * Fifty move rule detection
1058     // * Searching for a mate
1059     // * Printing of full PV line
1060     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1061     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1062
1063     // Step 5. Evaluate the position statically
1064     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1065     isCheck = pos.is_check();
1066     if (!isCheck)
1067     {
1068         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1069         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1070     }
1071
1072     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1073     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1074     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1075
1076     // Step 9. Internal iterative deepening
1077     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1078         && ttMove == MOVE_NONE)
1079     {
1080         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1081         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1082         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1083     }
1084
1085     // Step 10. Loop through moves
1086     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1087
1088     // Initialize a MovePicker object for the current position
1089     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1090     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1091     CheckInfo ci(pos);
1092
1093     while (   alpha < beta
1094            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1095            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1096     {
1097       assert(move_is_ok(move));
1098
1099       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1100       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1101       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1102
1103       // Step 11. Decide the new search depth
1104       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1105
1106       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1107       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1108       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1109       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1110           && tte
1111           && move == tte->move()
1112           && ext < OnePly
1113           && is_lower_bound(tte->type())
1114           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1115       {
1116           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1117
1118           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1119           {
1120               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1121
1122               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1123                   ext = OnePly;
1124           }
1125       }
1126
1127       newDepth = depth - OnePly + ext;
1128
1129       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1130       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1131
1132       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1133
1134       // Step 13. Make the move
1135       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1136
1137       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1138       // The first move in list is the expected PV
1139       if (moveCount == 1)
1140           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1141       else
1142       {
1143         // Step 14. Reduced search
1144         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1145         bool doFullDepthSearch = true;
1146
1147         if (    depth >= 3 * OnePly
1148             && !dangerous
1149             && !captureOrPromotion
1150             && !move_is_castle(move)
1151             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1152         {
1153             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1154             if (ss[ply].reduction)
1155             {
1156                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1157                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1158             }
1159         }
1160
1161         // Step 15. Full depth search
1162         if (doFullDepthSearch)
1163         {
1164             ss[ply].reduction = Depth(0);
1165             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1166
1167             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1168             if (value > alpha && value < beta)
1169                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1170         }
1171       }
1172
1173       // Step 16. Undo move
1174       pos.undo_move(move);
1175
1176       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1177
1178       // Step 17. Check for new best move
1179       if (value > bestValue)
1180       {
1181           bestValue = value;
1182           if (value > alpha)
1183           {
1184               alpha = value;
1185               update_pv(ss, ply);
1186               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1187                   ss[ply].mateKiller = move;
1188           }
1189       }
1190
1191       // Step 18. Check for split
1192       if (   TM.active_threads() > 1
1193           && bestValue < beta
1194           && depth >= MinimumSplitDepth
1195           && Iteration <= 99
1196           && TM.available_thread_exists(threadID)
1197           && !AbortSearch
1198           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1199           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1200                       depth, &moveCount, &mp, threadID, true))
1201           break;
1202     }
1203
1204     // Step 19. Check for mate and stalemate
1205     // All legal moves have been searched and if there were
1206     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1207     if (moveCount == 0)
1208         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1209
1210     // Step 20. Update tables
1211     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1212     // history counters, and killer moves.
1213     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1214         return bestValue;
1215
1216     if (bestValue <= oldAlpha)
1217         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1218
1219     else if (bestValue >= beta)
1220     {
1221         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1222         move = ss[ply].pv[ply];
1223         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1224         {
1225             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1226             update_killers(move, ss[ply]);
1227         }
1228         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1229     }
1230     else
1231         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1232
1233     return bestValue;
1234   }
1235
1236
1237   // search() is the search function for zero-width nodes.
1238
1239   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1240                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1241
1242     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1243     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1244     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1245
1246     Move movesSearched[256];
1247     EvalInfo ei;
1248     StateInfo st;
1249     const TTEntry* tte;
1250     Move ttMove, move;
1251     Depth ext, newDepth;
1252     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1253     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1254     bool mateThreat = false;
1255     int moveCount = 0;
1256     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1257
1258     if (depth < OnePly)
1259         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1260
1261     // Step 1. Initialize node and poll
1262     // Polling can abort search.
1263     init_node(ss, ply, threadID);
1264
1265     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1266     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1267         return Value(0);
1268
1269     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1270         return VALUE_DRAW;
1271
1272     // Step 3. Mate distance pruning
1273     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1274         return beta;
1275
1276     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1277         return beta - 1;
1278
1279     // Step 4. Transposition table lookup
1280
1281     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1282     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1283     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1284
1285     tte = TT.retrieve(posKey);
1286     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1287
1288     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1289     {
1290         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1291         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1292     }
1293
1294     // Step 5. Evaluate the position statically
1295     isCheck = pos.is_check();
1296
1297     if (!isCheck)
1298     {
1299         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1300             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1301         else
1302             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1303
1304         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1305         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1306     }
1307
1308     // Step 6. Razoring
1309     if (   !value_is_mate(beta)
1310         && !isCheck
1311         && depth < RazorDepth
1312         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1313         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1314         && ttMove == MOVE_NONE
1315         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1316     {
1317         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1318         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1319         if (v < rbeta)
1320           return v; //FIXME: Logically should be: return (v + razor_margin(depth));
1321     }
1322
1323     // Step 7. Static null move pruning
1324     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1325     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1326     if (  !isCheck
1327         && allowNullmove
1328         && depth < RazorDepth
1329         && refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1330         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1331
1332     // Step 8. Null move search with verification search
1333     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1334     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1335     // NullMoveMargin under beta.
1336     if (    allowNullmove
1337         &&  depth > OnePly
1338         && !isCheck
1339         && !value_is_mate(beta)
1340         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1341         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1342     {
1343         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1344
1345         pos.do_null_move(st);
1346
1347         // Null move dynamic reduction based on depth
1348         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1349
1350         // Null move dynamic reduction based on value
1351         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1352             R++;
1353
1354         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1355
1356         pos.undo_null_move();
1357
1358         if (nullValue >= beta)
1359         {
1360             if (depth < 6 * OnePly)
1361                 return beta;
1362
1363             // Do zugzwang verification search
1364             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1365             if (v >= beta)
1366                 return beta;
1367         } else {
1368             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1369             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1370             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1371             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1372             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1373             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1374             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1375                 mateThreat = true;
1376
1377             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1378             if (   depth < ThreatDepth
1379                 && ss[ply - 1].reduction
1380                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1381                 return beta - 1;
1382         }
1383     }
1384
1385     // Step 9. Internal iterative deepening
1386     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1387         && ttMove == MOVE_NONE
1388         && !isCheck
1389         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1390     {
1391         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1392         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1393         tte = TT.retrieve(posKey);
1394     }
1395
1396     // Step 10. Loop through moves
1397     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1398
1399     // Initialize a MovePicker object for the current position
1400     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1401     CheckInfo ci(pos);
1402
1403     while (   bestValue < beta
1404            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1405            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1406     {
1407       assert(move_is_ok(move));
1408
1409       if (move == excludedMove)
1410           continue;
1411
1412       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1413       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1414       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1415
1416       // Step 11. Decide the new search depth
1417       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1418
1419       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1420       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1421       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1422       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1423           && tte
1424           && move == tte->move()
1425           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1426           && ext < OnePly
1427           && is_lower_bound(tte->type())
1428           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1429       {
1430           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1431
1432           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1433           {
1434               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1435
1436               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1437                   ext = OnePly;
1438           }
1439       }
1440
1441       newDepth = depth - OnePly + ext;
1442
1443       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1444       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1445
1446       // Step 12. Futility pruning
1447       if (   !isCheck
1448           && !dangerous
1449           && !captureOrPromotion
1450           && !move_is_castle(move)
1451           &&  move != ttMove)
1452       {
1453           // Move count based pruning
1454           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1455               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1456               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1457               continue;
1458
1459           // Value based pruning
1460           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1461           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1462                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1463
1464           if (futilityValueScaled < beta)
1465           {
1466               if (futilityValueScaled > bestValue)
1467                   bestValue = futilityValueScaled;
1468               continue;
1469           }
1470       }
1471
1472       // Step 13. Make the move
1473       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1474
1475       // Step 14. Reduced search
1476       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1477       bool doFullDepthSearch = true;
1478
1479       if (    depth >= 3*OnePly
1480           && !dangerous
1481           && !captureOrPromotion
1482           && !move_is_castle(move)
1483           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1484       {
1485           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1486           if (ss[ply].reduction)
1487           {
1488               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1489               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1490           }
1491       }
1492
1493       // Step 15. Full depth search
1494       if (doFullDepthSearch)
1495       {
1496           ss[ply].reduction = Depth(0);
1497           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1498       }
1499
1500       // Step 16. Undo move
1501       pos.undo_move(move);
1502
1503       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1504
1505       // Step 17. Check for new best move
1506       if (value > bestValue)
1507       {
1508           bestValue = value;
1509           if (value >= beta)
1510               update_pv(ss, ply);
1511
1512           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1513               ss[ply].mateKiller = move;
1514       }
1515
1516       // Step 18. Check for split
1517       if (   TM.active_threads() > 1
1518           && bestValue < beta
1519           && depth >= MinimumSplitDepth
1520           && Iteration <= 99
1521           && TM.available_thread_exists(threadID)
1522           && !AbortSearch
1523           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1524           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1525                       depth, &moveCount, &mp, threadID, false))
1526           break;
1527     }
1528
1529     // Step 19. Check for mate and stalemate
1530     // All legal moves have been searched and if there were
1531     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1532     // If one move was excluded return fail low.
1533     if (!moveCount)
1534         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1535
1536     // Step 20. Update tables
1537     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1538     // history counters, and killer moves.
1539     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1540         return bestValue;
1541
1542     if (bestValue < beta)
1543         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1544     else
1545     {
1546         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1547         move = ss[ply].pv[ply];
1548         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1549         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1550         {
1551             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1552             update_killers(move, ss[ply]);
1553         }
1554
1555     }
1556
1557     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1558
1559     return bestValue;
1560   }
1561
1562
1563   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1564   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1565   // less than OnePly).
1566
1567   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1568                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1569
1570     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1571     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1572     assert(depth <= 0);
1573     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1574     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1575
1576     EvalInfo ei;
1577     StateInfo st;
1578     Move ttMove, move;
1579     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1580     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1581     const TTEntry* tte = NULL;
1582     int moveCount = 0;
1583     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1584     Value oldAlpha = alpha;
1585
1586     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1587     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1588     init_node(ss, ply, threadID);
1589
1590     // After init_node() that calls poll()
1591     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1592         return Value(0);
1593
1594     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1595         return VALUE_DRAW;
1596
1597     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1598     // pruning, but only for move ordering.
1599     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1600     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1601
1602     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1603     {
1604         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1605
1606         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1607         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1608     }
1609
1610     isCheck = pos.is_check();
1611
1612     // Evaluate the position statically
1613     if (isCheck)
1614         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1615     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1616         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1617     else
1618         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1619
1620     if (!isCheck)
1621     {
1622         ss[ply].eval = staticValue;
1623         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1624     }
1625
1626     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1627     // at least beta.
1628     bestValue = staticValue;
1629
1630     if (bestValue >= beta)
1631     {
1632         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1633         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1634             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1635
1636         return bestValue;
1637     }
1638
1639     if (bestValue > alpha)
1640         alpha = bestValue;
1641
1642     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1643     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1644
1645     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1646     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1647     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1648     // and we are near beta) will be generated.
1649     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1650     CheckInfo ci(pos);
1651     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1652     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1653
1654     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1655     // occurs.
1656     while (   alpha < beta
1657            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1658     {
1659       assert(move_is_ok(move));
1660
1661       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1662
1663       // Update current move
1664       moveCount++;
1665       ss[ply].currentMove = move;
1666
1667       // Futility pruning
1668       if (   enoughMaterial
1669           && !isCheck
1670           && !pvNode
1671           && !moveIsCheck
1672           &&  move != ttMove
1673           && !move_is_promotion(move)
1674           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1675       {
1676           futilityValue =  futilityBase
1677                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1678                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1679
1680           if (futilityValue < alpha)
1681           {
1682               if (futilityValue > bestValue)
1683                   bestValue = futilityValue;
1684               continue;
1685           }
1686       }
1687
1688       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1689       evasionPrunable =   isCheck
1690                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1691                        && !pos.move_is_capture(move)
1692                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1693                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1694
1695       // Don't search moves with negative SEE values
1696       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1697           && !pvNode
1698           &&  move != ttMove
1699           && !move_is_promotion(move)
1700           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1701           continue;
1702
1703       // Make and search the move
1704       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1705       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1706       pos.undo_move(move);
1707
1708       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1709
1710       // New best move?
1711       if (value > bestValue)
1712       {
1713           bestValue = value;
1714           if (value > alpha)
1715           {
1716               alpha = value;
1717               update_pv(ss, ply);
1718           }
1719        }
1720     }
1721
1722     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1723     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1724     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1725         return value_mated_in(ply);
1726
1727     // Update transposition table
1728     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1729     if (bestValue <= oldAlpha)
1730     {
1731         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1732         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1733         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1734         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1735     }
1736     else if (bestValue >= beta)
1737     {
1738         move = ss[ply].pv[ply];
1739         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1740
1741         // Update killers only for good checking moves
1742         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1743             update_killers(move, ss[ply]);
1744     }
1745     else
1746         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1747
1748     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1749
1750     return bestValue;
1751   }
1752
1753
1754   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1755   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1756   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1757   // table, done a null move search, and searched the first move before
1758   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1759   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1760   // care of after we return from the split point.
1761   // FIXME: We are currently ignoring mateThreat flag here
1762
1763   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1764
1765     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1766     assert(TM.active_threads() > 1);
1767
1768     StateInfo st;
1769     Move move;
1770     Depth ext, newDepth;
1771     Value value, futilityValueScaled;
1772     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1773     int moveCount;
1774     value = -VALUE_INFINITE;
1775
1776     Position pos(*sp->pos);
1777     CheckInfo ci(pos);
1778     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1779     isCheck = pos.is_check();
1780
1781     // Step 10. Loop through moves
1782     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1783     lock_grab(&(sp->lock));
1784
1785     while (    sp->bestValue < sp->beta
1786            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1787            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1788     {
1789       moveCount = ++sp->moves;
1790       lock_release(&(sp->lock));
1791
1792       assert(move_is_ok(move));
1793
1794       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1795       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1796
1797       // Step 11. Decide the new search depth
1798       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1799       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1800
1801       // Update current move
1802       ss[sp->ply].currentMove = move;
1803
1804       // Step 12. Futility pruning
1805       if (   !isCheck
1806           && !dangerous
1807           && !captureOrPromotion
1808           && !move_is_castle(move))
1809       {
1810           // Move count based pruning
1811           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1812               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1813               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1814           {
1815               lock_grab(&(sp->lock));
1816               continue;
1817           }
1818
1819           // Value based pruning
1820           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1821           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1822                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1823
1824           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1825           {
1826               lock_grab(&(sp->lock));
1827
1828               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1829                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1830               continue;
1831           }
1832       }
1833
1834       // Step 13. Make the move
1835       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1836
1837       // Step 14. Reduced search
1838       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1839       bool doFullDepthSearch = true;
1840
1841       if (   !dangerous
1842           && !captureOrPromotion
1843           && !move_is_castle(move)
1844           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1845       {
1846           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1847           if (ss[sp->ply].reduction)
1848           {
1849               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1850               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1851           }
1852       }
1853
1854       // Step 15. Full depth search
1855       if (doFullDepthSearch)
1856       {
1857           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1858           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1859       }
1860
1861       // Step 16. Undo move
1862       pos.undo_move(move);
1863
1864       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1865
1866       // Step 17. Check for new best move
1867       lock_grab(&(sp->lock));
1868
1869       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1870       {
1871           sp->bestValue = value;
1872           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1873           {
1874               sp->stopRequest = true;
1875               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1876           }
1877       }
1878     }
1879
1880     /* Here we have the lock still grabbed */
1881
1882     sp->slaves[threadID] = 0;
1883     sp->cpus--;
1884
1885     lock_release(&(sp->lock));
1886   }
1887
1888
1889   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1890   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1891   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1892   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1893   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1894   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1895   // after we return from the split point.
1896   // FIXME: We are ignoring mateThreat flag!
1897
1898   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1899
1900     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1901     assert(TM.active_threads() > 1);
1902
1903     StateInfo st;
1904     Move move;
1905     Depth ext, newDepth;
1906     Value value;
1907     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1908     int moveCount;
1909     value = -VALUE_INFINITE;
1910
1911     Position pos(*sp->pos);
1912     CheckInfo ci(pos);
1913     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1914
1915     // Step 10. Loop through moves
1916     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1917     lock_grab(&(sp->lock));
1918
1919     while (    sp->alpha < sp->beta
1920            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1921            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1922     {
1923       moveCount = ++sp->moves;
1924       lock_release(&(sp->lock));
1925
1926       assert(move_is_ok(move));
1927
1928       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1929       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1930
1931       // Step 11. Decide the new search depth
1932       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1933       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1934
1935       // Update current move
1936       ss[sp->ply].currentMove = move;
1937
1938       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1939
1940       // Step 13. Make the move
1941       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1942
1943       // Step 14. Reduced search
1944       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1945       bool doFullDepthSearch = true;
1946
1947       if (   !dangerous
1948           && !captureOrPromotion
1949           && !move_is_castle(move)
1950           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1951       {
1952           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1953           if (ss[sp->ply].reduction)
1954           {
1955               Value localAlpha = sp->alpha;
1956               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1957               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1958           }
1959       }
1960
1961       // Step 15. Full depth search
1962       if (doFullDepthSearch)
1963       {
1964           Value localAlpha = sp->alpha;
1965           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1966           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1967
1968           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
1969           {
1970               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1971               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1972               localAlpha = sp->alpha;
1973               if (localAlpha < sp->beta)
1974                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
1975           }
1976       }
1977
1978       // Step 16. Undo move
1979       pos.undo_move(move);
1980
1981       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1982
1983       // Step 17. Check for new best move
1984       lock_grab(&(sp->lock));
1985
1986       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1987       {
1988           sp->bestValue = value;
1989           if (value > sp->alpha)
1990           {
1991               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
1992               if (value >= sp->beta)
1993                   sp->stopRequest = true;
1994
1995               sp->alpha = value;
1996
1997               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1998               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
1999                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2000           }
2001       }
2002     }
2003
2004     /* Here we have the lock still grabbed */
2005
2006     sp->slaves[threadID] = 0;
2007     sp->cpus--;
2008
2009     lock_release(&(sp->lock));
2010   }
2011
2012
2013   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2014   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2015   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2016   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2017   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2018
2019   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2020
2021     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2022     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2023
2024     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2025
2026     if (threadID == 0)
2027     {
2028         NodesSincePoll++;
2029         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2030         {
2031             poll(ss, ply);
2032             NodesSincePoll = 0;
2033         }
2034     }
2035     ss[ply].init(ply);
2036     ss[ply + 2].initKillers();
2037   }
2038
2039
2040   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2041   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2042   // current node.
2043
2044   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2045
2046     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2047
2048     int p;
2049
2050     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2051
2052     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2053         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2054
2055     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2056   }
2057
2058
2059   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2060   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2061   // the PV at the parent node.
2062
2063   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2064
2065     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2066
2067     int p;
2068
2069     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2070
2071     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2072         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2073
2074     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2075   }
2076
2077
2078   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2079   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2080   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2081   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2082   // second move is assumed to be a move from the current position.
2083
2084   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2085
2086     Square f1, t1, f2, t2;
2087     Piece p;
2088
2089     assert(move_is_ok(m1));
2090     assert(move_is_ok(m2));
2091
2092     if (m2 == MOVE_NONE)
2093         return false;
2094
2095     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2096     f2 = move_from(m2);
2097     t1 = move_to(m1);
2098     if (f2 == t1)
2099         return true;
2100
2101     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2102     t2 = move_to(m2);
2103     f1 = move_from(m1);
2104     if (t2 == f1)
2105         return true;
2106
2107     // Case 3: Moving through the vacated square
2108     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2109         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2110       return true;
2111
2112     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2113     p = pos.piece_on(t1);
2114     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2115         return true;
2116
2117     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2118     if (    piece_is_slider(p)
2119         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2120         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2121     {
2122         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2123         // move is the opposite of the checking piece.
2124         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2125         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2126
2127         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2128             return true;
2129     }
2130     return false;
2131   }
2132
2133
2134   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2135   // eventually compensated for the ply.
2136
2137   bool value_is_mate(Value value) {
2138
2139     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2140
2141     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2142           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2143   }
2144
2145
2146   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2147   // killer moves of that ply.
2148
2149   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2150
2151       const Move* k = ss.killers;
2152       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2153           if (*k == m)
2154               return true;
2155
2156       return false;
2157   }
2158
2159
2160   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2161   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2162   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2163   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2164   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2165   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2166
2167   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2168                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2169
2170     assert(m != MOVE_NONE);
2171
2172     Depth result = Depth(0);
2173     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2174
2175     if (*dangerous)
2176     {
2177         if (moveIsCheck)
2178             result += CheckExtension[pvNode];
2179
2180         if (singleEvasion)
2181             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2182
2183         if (mateThreat)
2184             result += MateThreatExtension[pvNode];
2185     }
2186
2187     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2188     {
2189         Color c = pos.side_to_move();
2190         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2191         {
2192             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2193             *dangerous = true;
2194         }
2195         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2196         {
2197             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2198             *dangerous = true;
2199         }
2200     }
2201
2202     if (   captureOrPromotion
2203         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2204         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2205             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2206         && !move_is_promotion(m)
2207         && !move_is_ep(m))
2208     {
2209         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2210         *dangerous = true;
2211     }
2212
2213     if (   pvNode
2214         && captureOrPromotion
2215         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2216         && pos.see_sign(m) >= 0)
2217     {
2218         result += OnePly/2;
2219         *dangerous = true;
2220     }
2221
2222     return Min(result, OnePly);
2223   }
2224
2225
2226   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2227   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2228   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2229   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2230   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2231   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2232   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2233
2234   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2235
2236     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2237   }
2238
2239
2240   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2241   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2242   // candidates for pruning.
2243
2244   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2245
2246     assert(move_is_ok(m));
2247     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2248     assert(!pos.move_is_check(m));
2249     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2250     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2251
2252     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2253
2254     // Prune if there isn't any threat move
2255     if (threat == MOVE_NONE)
2256         return true;
2257
2258     mfrom = move_from(m);
2259     mto = move_to(m);
2260     tfrom = move_from(threat);
2261     tto = move_to(threat);
2262
2263     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2264     if (mfrom == tto)
2265         return false;
2266
2267     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2268     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2269     if (   pos.move_is_capture(threat)
2270         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2271             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2272         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2273         return false;
2274
2275     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2276     // prune safe moves which block its ray.
2277     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2278         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2279         && pos.see_sign(m) >= 0)
2280         return false;
2281
2282     return true;
2283   }
2284
2285
2286   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2287   // can be used at a given point in search.
2288
2289   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2290
2291     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2292
2293     return   (   tte->depth() >= depth
2294               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2295               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2296
2297           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2298               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2299   }
2300
2301
2302   // refine_eval() returns the transposition table score if
2303   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2304
2305   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2306
2307       if (!tte)
2308           return defaultEval;
2309
2310       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2311
2312       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2313           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2314           return v;
2315
2316       return defaultEval;
2317   }
2318
2319
2320   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2321   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2322
2323   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2324                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2325
2326     Move m;
2327
2328     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2329
2330     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2331     {
2332         m = movesSearched[i];
2333
2334         assert(m != move);
2335
2336         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2337             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2338     }
2339   }
2340
2341
2342   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2343   // among the killer moves of that ply.
2344
2345   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2346
2347     if (m == ss.killers[0])
2348         return;
2349
2350     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2351         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2352
2353     ss.killers[0] = m;
2354   }
2355
2356
2357   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2358   // the static position evaluation before and after the move.
2359
2360   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2361
2362     if (   m != MOVE_NULL
2363         && before != VALUE_NONE
2364         && after != VALUE_NONE
2365         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2366         && !move_is_castle(m)
2367         && !move_is_promotion(m))
2368         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2369   }
2370
2371
2372   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2373   // since the beginning of the current search.
2374
2375   int current_search_time() {
2376
2377     return get_system_time() - SearchStartTime;
2378   }
2379
2380
2381   // nps() computes the current nodes/second count.
2382
2383   int nps() {
2384
2385     int t = current_search_time();
2386     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2387   }
2388
2389
2390   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2391   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2392   // search.
2393
2394   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2395
2396     static int lastInfoTime;
2397     int t = current_search_time();
2398
2399     //  Poll for input
2400     if (Bioskey())
2401     {
2402         // We are line oriented, don't read single chars
2403         std::string command;
2404
2405         if (!std::getline(std::cin, command))
2406             command = "quit";
2407
2408         if (command == "quit")
2409         {
2410             AbortSearch = true;
2411             PonderSearch = false;
2412             Quit = true;
2413             return;
2414         }
2415         else if (command == "stop")
2416         {
2417             AbortSearch = true;
2418             PonderSearch = false;
2419         }
2420         else if (command == "ponderhit")
2421             ponderhit();
2422     }
2423
2424     // Print search information
2425     if (t < 1000)
2426         lastInfoTime = 0;
2427
2428     else if (lastInfoTime > t)
2429         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2430         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2431         lastInfoTime = 0;
2432
2433     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2434     {
2435         lastInfoTime = t;
2436
2437         if (dbg_show_mean)
2438             dbg_print_mean();
2439
2440         if (dbg_show_hit_rate)
2441             dbg_print_hit_rate();
2442
2443         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2444              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2445
2446         // We only support current line printing in single thread mode
2447         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2448         {
2449             cout << "info currline";
2450             for (int p = 0; p < ply; p++)
2451                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2452
2453             cout << endl;
2454         }
2455     }
2456
2457     // Should we stop the search?
2458     if (PonderSearch)
2459         return;
2460
2461     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2462                            && !AspirationFailLow
2463                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2464
2465     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2466                      || stillAtFirstMove;
2467
2468     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2469         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2470         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2471         AbortSearch = true;
2472   }
2473
2474
2475   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2476   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2477   // it correctly predicted the opponent's move.
2478
2479   void ponderhit() {
2480
2481     int t = current_search_time();
2482     PonderSearch = false;
2483
2484     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2485                            && !AspirationFailLow
2486                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2487
2488     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2489                      || stillAtFirstMove;
2490
2491     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2492         AbortSearch = true;
2493   }
2494
2495
2496   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2497
2498   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2499
2500     for (int i = 0; i < 3; i++)
2501     {
2502         ss[i].init(i);
2503         ss[i].initKillers();
2504     }
2505   }
2506
2507
2508   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2509   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2510   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2511   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2512   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2513   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2514
2515   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2516
2517     std::string command;
2518
2519     while (true)
2520     {
2521         if (!std::getline(std::cin, command))
2522             command = "quit";
2523
2524         if (command == "quit")
2525         {
2526             Quit = true;
2527             break;
2528         }
2529         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2530             break;
2531     }
2532   }
2533
2534
2535   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2536   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2537
2538   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2539
2540     cout << "info depth " << Iteration
2541          << " score " << value_to_string(value)
2542          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2543             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2544          << " time "  << current_search_time()
2545          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2546          << " nps "   << nps()
2547          << " pv ";
2548
2549     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2550         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2551
2552     cout << endl;
2553
2554     if (UseLogFile)
2555     {
2556         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2557             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2558
2559         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2560                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2561     }
2562   }
2563
2564
2565   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2566   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2567   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2568   // threads and one for Windows threads.
2569
2570 #if !defined(_MSC_VER)
2571
2572   void* init_thread(void *threadID) {
2573
2574     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2575     return NULL;
2576   }
2577
2578 #else
2579
2580   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2581
2582     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2583     return 0;
2584   }
2585
2586 #endif
2587
2588
2589   /// The ThreadsManager class
2590
2591   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2592   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2593   // counters used to sort the moves at root.
2594
2595   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2596
2597     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2598         threads[i].nodes = 0ULL;
2599   }
2600
2601   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2602
2603     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2604         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2605   }
2606
2607   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2608
2609     int64_t result = 0ULL;
2610     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2611         result += threads[i].nodes;
2612
2613     return result;
2614   }
2615
2616   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2617
2618     our = their = 0UL;
2619     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2620     {
2621         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2622         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2623     }
2624   }
2625
2626
2627   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2628   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2629   // object for which the current thread is the master.
2630
2631   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2632
2633     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2634
2635     while (true)
2636     {
2637         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2638         // master should exit as last one.
2639         if (AllThreadsShouldExit)
2640         {
2641             assert(!waitSp);
2642             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2643             return;
2644         }
2645
2646         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2647         // instead of wasting CPU time polling for work.
2648         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2649         {
2650             assert(!waitSp);
2651             assert(threadID != 0);
2652             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2653
2654 #if !defined(_MSC_VER)
2655             lock_grab(&WaitLock);
2656             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2657                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2658             lock_release(&WaitLock);
2659 #else
2660             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2661 #endif
2662         }
2663
2664         // If thread has just woken up, mark it as available
2665         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2666             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2667
2668         // If this thread has been assigned work, launch a search
2669         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2670         {
2671             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2672
2673             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2674
2675             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2676                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2677             else
2678                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2679
2680             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2681
2682             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2683         }
2684
2685         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2686         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2687         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2688         {
2689             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2690
2691             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2692             return;
2693         }
2694     }
2695   }
2696
2697
2698   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2699   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2700   // objects.
2701
2702   void ThreadsManager::init_threads() {
2703
2704     volatile int i;
2705     bool ok;
2706
2707 #if !defined(_MSC_VER)
2708     pthread_t pthread[1];
2709 #endif
2710
2711     // Initialize global locks
2712     lock_init(&MPLock, NULL);
2713     lock_init(&WaitLock, NULL);
2714
2715 #if !defined(_MSC_VER)
2716     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2717 #else
2718     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2719         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2720 #endif
2721
2722     // Initialize SplitPointStack locks
2723     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2724         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2725         {
2726             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2727             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2728         }
2729
2730     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2731     AllThreadsShouldExit = false;
2732
2733     // Threads will be put to sleep as soon as created
2734     AllThreadsShouldSleep = true;
2735
2736     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2737     ActiveThreads = 1;
2738     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2739     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2740         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2741
2742     // Launch the helper threads
2743     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2744     {
2745
2746 #if !defined(_MSC_VER)
2747         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2748 #else
2749         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2750 #endif
2751
2752         if (!ok)
2753         {
2754             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2755             Application::exit_with_failure();
2756         }
2757
2758         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2759         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2760     }
2761   }
2762
2763
2764   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2765   // helper threads exit cleanly.
2766
2767   void ThreadsManager::exit_threads() {
2768
2769     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2770     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2771     wake_sleeping_threads();
2772
2773     // This makes the threads to exit idle_loop()
2774     AllThreadsShouldExit = true;
2775
2776     // Wait for thread termination
2777     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2778         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2779
2780     // Now we can safely destroy the locks
2781     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2782         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2783             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2784
2785     lock_destroy(&WaitLock);
2786     lock_destroy(&MPLock);
2787   }
2788
2789
2790   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2791   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2792   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2793
2794   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2795
2796     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2797
2798     SplitPoint* sp;
2799
2800     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2801     return sp != NULL;
2802   }
2803
2804
2805   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2806   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2807   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2808   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2809   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2810   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2811   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2812
2813   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2814
2815     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2816     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2817     assert(ActiveThreads > 1);
2818
2819     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2820         return false;
2821
2822     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2823     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2824
2825     if (localActiveSplitPoints == 0)
2826         // No active split points means that the thread is available as
2827         // a slave for any other thread.
2828         return true;
2829
2830     if (ActiveThreads == 2)
2831         return true;
2832
2833     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2834     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2835     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2836     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2837         return true;
2838
2839     return false;
2840   }
2841
2842
2843   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2844   // a slave for the thread with threadID "master".
2845
2846   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2847
2848     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2849     assert(ActiveThreads > 1);
2850
2851     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2852         if (thread_is_available(i, master))
2853             return true;
2854
2855     return false;
2856   }
2857
2858
2859   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2860   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2861   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2862   // split point objects), the function immediately returns false. If
2863   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2864   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2865   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2866   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2867   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2868   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2869   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2870
2871   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2872              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2873              Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2874
2875     assert(p.is_ok());
2876     assert(sstck != NULL);
2877     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2878     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2879     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2880            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2881     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2882     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2883     assert(depth > Depth(0));
2884     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2885     assert(ActiveThreads > 1);
2886
2887     SplitPoint* splitPoint;
2888
2889     lock_grab(&MPLock);
2890
2891     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2892     // active split points, don't split.
2893     if (   !available_thread_exists(master)
2894         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2895     {
2896         lock_release(&MPLock);
2897         return false;
2898     }
2899
2900     // Pick the next available split point object from the split point stack
2901     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2902
2903     // Initialize the split point object
2904     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2905     splitPoint->stopRequest = false;
2906     splitPoint->ply = ply;
2907     splitPoint->depth = depth;
2908     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2909     splitPoint->beta = beta;
2910     splitPoint->pvNode = pvNode;
2911     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2912     splitPoint->master = master;
2913     splitPoint->mp = mp;
2914     splitPoint->moves = *moves;
2915     splitPoint->cpus = 1;
2916     splitPoint->pos = &p;
2917     splitPoint->parentSstack = sstck;
2918     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2919         splitPoint->slaves[i] = 0;
2920
2921     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2922     threads[master].activeSplitPoints++;
2923
2924     // If we are here it means we are not available
2925     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2926
2927     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2928     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2929         if (thread_is_available(i, master))
2930         {
2931             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2932             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2933             splitPoint->slaves[i] = 1;
2934             splitPoint->cpus++;
2935         }
2936
2937     assert(splitPoint->cpus > 1);
2938
2939     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2940     lock_release(&MPLock);
2941
2942     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2943     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2944     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2945         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2946         {
2947             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2948
2949             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2950
2951             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2952         }
2953
2954     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2955     // which it will instantly launch a search, because its state is
2956     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2957     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2958     // loop when all threads have finished their work at this split point
2959     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2960     idle_loop(master, splitPoint);
2961
2962     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2963     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2964     lock_grab(&MPLock);
2965
2966     if (pvNode)
2967         *alpha = splitPoint->alpha;
2968
2969     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2970     threads[master].activeSplitPoints--;
2971     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2972
2973     lock_release(&MPLock);
2974     return true;
2975   }
2976
2977
2978   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2979   // to start a new search from the root.
2980
2981   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
2982
2983     assert(AllThreadsShouldSleep);
2984     assert(ActiveThreads > 0);
2985
2986     AllThreadsShouldSleep = false;
2987
2988     if (ActiveThreads == 1)
2989         return;
2990
2991 #if !defined(_MSC_VER)
2992     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2993     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
2994     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2995 #else
2996     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2997         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
2998 #endif
2999
3000   }
3001
3002
3003   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3004   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3005   // finished the job and should be idle.
3006
3007   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3008
3009     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3010
3011     // This makes the threads to go to sleep
3012     AllThreadsShouldSleep = true;
3013   }
3014
3015   /// The RootMoveList class
3016
3017   // RootMoveList c'tor
3018
3019   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3020
3021     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3022     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3023     StateInfo st;
3024     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3025
3026     // Generate all legal moves
3027     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3028
3029     // Add each move to the moves[] array
3030     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3031     {
3032         bool includeMove = includeAllMoves;
3033
3034         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3035             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3036
3037         if (!includeMove)
3038             continue;
3039
3040         // Find a quick score for the move
3041         init_ss_array(ss);
3042         pos.do_move(cur->move, st);
3043         moves[count].move = cur->move;
3044         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3045         moves[count].pv[0] = cur->move;
3046         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3047         pos.undo_move(cur->move);
3048         count++;
3049     }
3050     sort();
3051   }
3052
3053
3054   // RootMoveList simple methods definitions
3055
3056   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3057
3058     moves[moveNum].nodes = nodes;
3059     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3060   }
3061
3062   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3063
3064     moves[moveNum].ourBeta = our;
3065     moves[moveNum].theirBeta = their;
3066   }
3067
3068   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3069
3070     int j;
3071
3072     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3073         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3074
3075     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3076   }
3077
3078
3079   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3080   // iteration.
3081
3082   void RootMoveList::sort() {
3083
3084     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3085   }
3086
3087
3088   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3089   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3090   // correctly in MultiPV mode.
3091
3092   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3093
3094     int i,j;
3095
3096     for (i = 1; i <= n; i++)
3097     {
3098         RootMove rm = moves[i];
3099         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3100             moves[j] = moves[j - 1];
3101
3102         moves[j] = rm;
3103     }
3104   }
3105
3106 } // namspace