8558bf155bb390d3ff4252d528768efdfeb5932c
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75
76     void resetNodeCounters();
77     void resetBetaCounters();
78     int64_t nodes_searched() const;
79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
80     bool available_thread_exists(int master) const;
81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
83     void wake_sleeping_threads();
84     void put_threads_to_sleep();
85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
87                Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
88
89   private:
90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
91
92     int ActiveThreads;
93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
94     Thread threads[MAX_THREADS];
95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
96
97     Lock MPLock, WaitLock;
98
99 #if !defined(_MSC_VER)
100     pthread_cond_t WaitCond;
101 #else
102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
103 #endif
104
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low).
111
112   struct RootMove {
113
114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
115
116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
119     // have equal score but m1 has the higher node count.
120     bool operator<(const RootMove& m) const {
121
122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
123     }
124
125     Move move;
126     Value score;
127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
129   };
130
131
132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
134
135   class RootMoveList {
136
137   public:
138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
139
140     int move_count() const { return count; }
141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
146
147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
150     void sort();
151     void sort_multipv(int n);
152
153   private:
154     static const int MaxRootMoves = 500;
155     RootMove moves[MaxRootMoves];
156     int count;
157   };
158
159
160   /// Adjustments
161
162   // Step 6. Razoring
163
164   // Maximum depth for razoring
165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
166
167   // Dynamic razoring margin based on depth
168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
169
170   // Step 8. Null move search with verification search
171
172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
175
176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
178
179   // Step 9. Internal iterative deepening
180
181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options
192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
199
200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
201   // remaining ones we will extend it.
202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
203
204   // Step 12. Futility pruning
205
206   // Futility margin for quiescence search
207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
208
209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
212
213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
215
216   // Step 14. Reduced search
217
218   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
219   int8_t    PVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
220   int8_t NonPVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
221
222   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[0][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
223   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[0][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
224
225   // Common adjustments
226
227   // Search depth at iteration 1
228   const Depth InitialDepth = OnePly;
229
230   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
231   // better than the second best move.
232   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
233
234   // Last seconds noise filtering (LSN)
235   const bool UseLSNFiltering = true;
236   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
237   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
238   bool loseOnTime = false;
239
240
241   /// Global variables
242
243   // Iteration counter
244   int Iteration;
245
246   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
247   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
248   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
249
250   // Search window management
251   int AspirationDelta;
252
253   // MultiPV mode
254   int MultiPV;
255
256   // Time managment variables
257   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
258   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
259   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
260   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
261
262   // Show current line?
263   bool ShowCurrentLine;
264
265   // Log file
266   bool UseLogFile;
267   std::ofstream LogFile;
268
269   // Multi-threads related variables
270   Depth MinimumSplitDepth;
271   int MaxThreadsPerSplitPoint;
272   ThreadsManager TM;
273
274   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
275   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
276   int NodesSincePoll;
277   int NodesBetweenPolls = 30000;
278
279   // History table
280   History H;
281
282   /// Local functions
283
284   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
285   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
286   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
287   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
288   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
289   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
290   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
291   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
292   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
293   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
294   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
295   bool value_is_mate(Value value);
296   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
297   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
298   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
299   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
300   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
301   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
302   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
303   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
304   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
305
306   int current_search_time();
307   int nps();
308   void poll(SearchStack ss[], int ply);
309   void ponderhit();
310   void wait_for_stop_or_ponderhit();
311   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
312   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
313
314 #if !defined(_MSC_VER)
315   void *init_thread(void *threadID);
316 #else
317   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
318 #endif
319
320 }
321
322
323 ////
324 //// Functions
325 ////
326
327 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
328 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
329
330 void init_threads() { TM.init_threads(); }
331 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
332 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
333
334
335 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
336 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
337
338 int perft(Position& pos, Depth depth)
339 {
340     StateInfo st;
341     Move move;
342     int sum = 0;
343     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
344
345     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
346     // the moves, just to count them.
347     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
348     {
349         while (mp.get_next_move()) sum++;
350         return sum;
351     }
352
353     // Loop through all legal moves
354     CheckInfo ci(pos);
355     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
356     {
357         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
358         sum += perft(pos, depth - OnePly);
359         pos.undo_move(move);
360     }
361     return sum;
362 }
363
364
365 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
366 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
367 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
368 /// when a quit command is received during the search.
369
370 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
371            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
372            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
373
374   // Initialize global search variables
375   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
376   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
377   NodesSincePoll = 0;
378   TM.resetNodeCounters();
379   SearchStartTime = get_system_time();
380   ExactMaxTime = maxTime;
381   MaxDepth = maxDepth;
382   MaxNodes = maxNodes;
383   InfiniteSearch = infinite;
384   PonderSearch = ponder;
385   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
386
387   // Look for a book move, only during games, not tests
388   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
389   {
390       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
391           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
392
393       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
394       if (bookMove != MOVE_NONE)
395       {
396           if (PonderSearch)
397               wait_for_stop_or_ponderhit();
398
399           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
400           return true;
401       }
402   }
403
404   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
405   if (button_was_pressed("New Game"))
406       loseOnTime = false;
407
408   // Read UCI option values
409   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
410   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
411       TT.clear();
412
413   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
414   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
415   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
416   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
417   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
418   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
419   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
420   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
421   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
422   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
423   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
424   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
425
426   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
427   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
428   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
429   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
430   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
431   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
432
433   if (UseLogFile)
434       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
435
436   read_weights(pos.side_to_move());
437
438   // Set the number of active threads
439   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
440   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
441   {
442       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
443       init_eval(TM.active_threads());
444   }
445
446   // Wake up sleeping threads
447   TM.wake_sleeping_threads();
448
449   // Set thinking time
450   int myTime = time[side_to_move];
451   int myIncrement = increment[side_to_move];
452   if (UseTimeManagement)
453   {
454       if (!movesToGo) // Sudden death time control
455       {
456           if (myIncrement)
457           {
458               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
459               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
460           }
461           else // Blitz game without increment
462           {
463               MaxSearchTime = myTime / 30;
464               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
465           }
466       }
467       else // (x moves) / (y minutes)
468       {
469           if (movesToGo == 1)
470           {
471               MaxSearchTime = myTime / 2;
472               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
473           }
474           else
475           {
476               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
477               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
478           }
479       }
480
481       if (get_option_value_bool("Ponder"))
482       {
483           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
484           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
485       }
486   }
487
488   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
489   // heavy time pressure.
490   if (MaxNodes)
491       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
492   else if (myTime && myTime < 1000)
493       NodesBetweenPolls = 1000;
494   else if (myTime && myTime < 5000)
495       NodesBetweenPolls = 5000;
496   else
497       NodesBetweenPolls = 30000;
498
499   // Write search information to log file
500   if (UseLogFile)
501       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
502               << "infinite: "  << infinite
503               << " ponder: "   << ponder
504               << " time: "     << myTime
505               << " increment: " << myIncrement
506               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
507
508   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
509   if (   UseLSNFiltering
510       && loseOnTime)
511   {
512       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
513        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
514            /* wait here */;
515   }
516
517   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
518   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
519
520   if (UseLSNFiltering)
521   {
522       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
523       // decide to lose on time.
524       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
525           && myTime < LSNTime
526           && myIncrement == 0
527           && movesToGo == 0
528           && v < -LSNValue)
529       {
530           loseOnTime = true;
531       }
532       else if (loseOnTime)
533       {
534           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
535           loseOnTime = false;
536       }
537   }
538
539   if (UseLogFile)
540       LogFile.close();
541
542   TM.put_threads_to_sleep();
543
544   return !Quit;
545 }
546
547 // init_reduction_tables()
548
549 void init_reduction_tables(int8_t pvTable[64][64], int8_t nonPvTable[64][64], int pvInhib, int nonPvInhib)
550 {
551   double pvBase = 1.001 - log(3.0) * log(16.0) / pvInhib;
552   double nonPvBase = 1.001 - log(3.0) * log(4.0) / nonPvInhib;
553
554   // Init reduction lookup tables
555   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
556       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
557       {
558           double    pvRed = pvBase    + log(double(i)) * log(double(j)) / pvInhib;
559           double nonPVRed = nonPvBase + log(double(i)) * log(double(j)) / nonPvInhib;
560
561           pvTable[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
562           nonPvTable[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
563       }
564 }
565
566 // init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
567
568 void init_search() {
569
570   for (int i = 0; i < 8; i++)
571       init_reduction_tables(PVReductionMatrix[i], NonPVReductionMatrix[i], 4.0 * pow(1.3, i), 2.0 * pow(1.3, i));
572
573   // Init futility margins array
574   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
575       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
576       {
577           // FIXME: test using log instead of BSR
578           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
579       }
580
581   // Init futility move count array
582   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
583       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
584 }
585
586
587 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
588 // new search from the root.
589 void SearchStack::init(int ply) {
590
591   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
592   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
593   reduction = Depth(0);
594   eval = VALUE_NONE;
595 }
596
597 void SearchStack::initKillers() {
598
599   mateKiller = MOVE_NONE;
600   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
601       killers[i] = MOVE_NONE;
602 }
603
604 namespace {
605
606   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
607   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
608   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
609   // reached.
610
611   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
612
613     Position p(pos);
614     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
615     Move EasyMove = MOVE_NONE;
616     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
617
618     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
619     RootMoveList rml(p, searchMoves);
620
621     // Handle special case of searching on a mate/stale position
622     if (rml.move_count() == 0)
623     {
624         if (PonderSearch)
625             wait_for_stop_or_ponderhit();
626
627         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
628     }
629
630     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
631     // so to output information also for iteration 1.
632     cout << "info depth " << 1
633          << "\ninfo depth " << 1
634          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
635          << " time " << current_search_time()
636          << " nodes " << TM.nodes_searched()
637          << " nps " << nps()
638          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
639
640     // Initialize
641     TT.new_search();
642     H.clear();
643     init_ss_array(ss);
644     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
645     Iteration = 1;
646
647     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
648     if (   rml.move_count() == 1
649         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
650         EasyMove = rml.get_move(0);
651
652     // Iterative deepening loop
653     while (Iteration < PLY_MAX)
654     {
655         // Initialize iteration
656         Iteration++;
657         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
658
659         cout << "info depth " << Iteration << endl;
660
661         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
662         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
663         {
664             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
665             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
666
667             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
668             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
669
670             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
671             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
672         }
673
674         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
675         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
676
677         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
678         // been overwritten during the search.
679         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
680
681         if (AbortSearch)
682             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
683
684         //Save info about search result
685         ValueByIteration[Iteration] = value;
686
687         // Drop the easy move if differs from the new best move
688         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
689             EasyMove = MOVE_NONE;
690
691         if (UseTimeManagement)
692         {
693             // Time to stop?
694             bool stopSearch = false;
695
696             // Stop search early if there is only a single legal move,
697             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
698             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
699                 stopSearch = true;
700
701             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
702             if (  Iteration >= 6
703                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
704                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
705                 stopSearch = true;
706
707             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
708             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
709             if (   Iteration >= 8
710                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
711                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
712                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
713                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
714                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
715                 stopSearch = true;
716
717             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
718             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
719                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
720                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
721
722             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
723             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
724             // move at the next iteration anyway.
725             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
726                 stopSearch = true;
727
728             if (stopSearch)
729             {
730                 if (PonderSearch)
731                     StopOnPonderhit = true;
732                 else
733                     break;
734             }
735         }
736
737         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
738             break;
739     }
740
741     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
742     // best move before we are told to do so.
743     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
744         wait_for_stop_or_ponderhit();
745     else
746         // Print final search statistics
747         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
748              << " nps " << nps()
749              << " time " << current_search_time()
750              << " hashfull " << TT.full() << endl;
751
752     // Print the best move and the ponder move to the standard output
753     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
754     {
755         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
756         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
757     }
758
759     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
760
761     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
762
763     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
764         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
765
766     cout << endl;
767
768     if (UseLogFile)
769     {
770         if (dbg_show_mean)
771             dbg_print_mean(LogFile);
772
773         if (dbg_show_hit_rate)
774             dbg_print_hit_rate(LogFile);
775
776         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
777                 << "\nNodes/second: " << nps()
778                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
779
780         StateInfo st;
781         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
782         LogFile << "\nPonder move: "
783                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
784                 << endl;
785     }
786     return rml.get_move_score(0);
787   }
788
789
790   // root_search() is the function which searches the root node. It is
791   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
792   // scheme, prints some information to the standard output and handles
793   // the fail low/high loops.
794
795   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
796
797     EvalInfo ei;
798     StateInfo st;
799     CheckInfo ci(pos);
800     int64_t nodes;
801     Move move;
802     Depth depth, ext, newDepth;
803     Value value, alpha, beta;
804     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
805     int researchCountFH, researchCountFL;
806
807     researchCountFH = researchCountFL = 0;
808     alpha = *alphaPtr;
809     beta = *betaPtr;
810     isCheck = pos.is_check();
811
812     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
813     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
814     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
815     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
816
817     // Step 5. Evaluate the position statically
818     // At root we do this only to get reference value for child nodes
819     if (!isCheck)
820         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
821     else
822         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
823
824     // Step 6. Razoring (omitted at root)
825     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
826     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
827     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
828
829     // Step extra. Fail low loop
830     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
831     // with bigger window until we are not failing low anymore.
832     while (1)
833     {
834         // Sort the moves before to (re)search
835         rml.sort();
836
837         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
838         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
839         {
840             // This is used by time management
841             FirstRootMove = (i == 0);
842
843             // Save the current node count before the move is searched
844             nodes = TM.nodes_searched();
845
846             // Reset beta cut-off counters
847             TM.resetBetaCounters();
848
849             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
850             // the standard output.
851             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
852
853             if (current_search_time() >= 1000)
854                 cout << "info currmove " << move
855                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
856
857             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
858             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
859
860             // Step 11. Decide the new search depth
861             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
862             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
863             newDepth = depth + ext;
864
865             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
866
867             // Step extra. Fail high loop
868             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
869             // high anymore.
870             value = - VALUE_INFINITE;
871
872             while (1)
873             {
874                 // Step 13. Make the move
875                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
876
877                 // Step extra. pv search
878                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
879                 // and for fail high research (value > alpha)
880                 if (i < MultiPV || value > alpha)
881                 {
882                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
883                     if (MultiPV > 1)
884                         alpha = -VALUE_INFINITE;
885
886                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
887                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
888                 }
889                 else
890                 {
891                     // Step 14. Reduced search
892                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
893                     bool doFullDepthSearch = true;
894
895                     if (    depth >= 3 * OnePly
896                         && !dangerous
897                         && !captureOrPromotion
898                         && !move_is_castle(move))
899                     {
900                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
901                         if (ss[0].reduction)
902                         {
903                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
904                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
905                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
906                         }
907                     }
908
909                     // Step 15. Full depth search
910                     if (doFullDepthSearch)
911                     {
912                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
913                         ss[0].reduction = Depth(0);
914                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
915
916                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
917                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
918                         if (value > alpha)
919                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
920                     }
921                 }
922
923                 // Step 16. Undo move
924                 pos.undo_move(move);
925
926                 // Can we exit fail high loop ?
927                 if (AbortSearch || value < beta)
928                     break;
929
930                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
931                 // the score before research in case we run out of time while researching.
932                 rml.set_move_score(i, value);
933                 update_pv(ss, 0);
934                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
935                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
936
937                 // Print information to the standard output
938                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
939
940                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
941                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
942                 researchCountFH++;
943
944             } // End of fail high loop
945
946             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
947             // was aborted because the user interrupted the search or because we
948             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
949             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
950             // move and/or PV.
951             if (AbortSearch)
952                 break;
953
954             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
955             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
956             int64_t our, their;
957             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
958             rml.set_beta_counters(i, our, their);
959             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
960
961             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
962             assert(value < beta);
963
964             // Step 17. Check for new best move
965             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
966                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
967             else
968             {
969                 // PV move or new best move!
970
971                 // Update PV
972                 rml.set_move_score(i, value);
973                 update_pv(ss, 0);
974                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
975                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
976
977                 if (MultiPV == 1)
978                 {
979                     // We record how often the best move has been changed in each
980                     // iteration. This information is used for time managment: When
981                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
982                     if (i > 0)
983                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
984
985                     // Print information to the standard output
986                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
987
988                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
989                     if (value > alpha)
990                         alpha = value;
991                 }
992                 else // MultiPV > 1
993                 {
994                     rml.sort_multipv(i);
995                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
996                     {
997                         cout << "info multipv " << j + 1
998                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
999                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
1000                              << " time " << current_search_time()
1001                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1002                              << " nps " << nps()
1003                              << " pv ";
1004
1005                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1006                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1007
1008                         cout << endl;
1009                     }
1010                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
1011                 }
1012             } // PV move or new best move
1013
1014             assert(alpha >= *alphaPtr);
1015
1016             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1017
1018             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1019                 StopOnPonderhit = false;
1020         }
1021
1022         // Can we exit fail low loop ?
1023         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1024             break;
1025
1026         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1027         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1028         researchCountFL++;
1029
1030     } // Fail low loop
1031
1032     // Sort the moves before to return
1033     rml.sort();
1034
1035     return alpha;
1036   }
1037
1038
1039   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1040
1041   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1042                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1043
1044     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1045     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1046     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1047     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1048
1049     Move movesSearched[256];
1050     EvalInfo ei;
1051     StateInfo st;
1052     const TTEntry* tte;
1053     Move ttMove, move;
1054     Depth ext, newDepth;
1055     Value bestValue, value, oldAlpha;
1056     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1057     bool mateThreat = false;
1058     int moveCount = 0;
1059     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1060
1061     if (depth < OnePly)
1062         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1063
1064     // Step 1. Initialize node and poll
1065     // Polling can abort search.
1066     init_node(ss, ply, threadID);
1067
1068     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1069     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1070         return Value(0);
1071
1072     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1073         return VALUE_DRAW;
1074
1075     // Step 3. Mate distance pruning
1076     oldAlpha = alpha;
1077     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1078     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1079     if (alpha >= beta)
1080         return alpha;
1081
1082     // Step 4. Transposition table lookup
1083     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1084     // This is to avoid problems in the following areas:
1085     //
1086     // * Repetition draw detection
1087     // * Fifty move rule detection
1088     // * Searching for a mate
1089     // * Printing of full PV line
1090     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1091     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1092
1093     // Step 5. Evaluate the position statically
1094     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1095     isCheck = pos.is_check();
1096     if (!isCheck)
1097     {
1098         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1099         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1100     }
1101
1102     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1103     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1104     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1105
1106     // Step 9. Internal iterative deepening
1107     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1108         && ttMove == MOVE_NONE)
1109     {
1110         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1111         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1112         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1113     }
1114
1115     // Step 10. Loop through moves
1116     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1117
1118     // Initialize a MovePicker object for the current position
1119     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1120     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1121     CheckInfo ci(pos);
1122
1123     while (   alpha < beta
1124            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1125            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1126     {
1127       assert(move_is_ok(move));
1128
1129       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1130       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1131       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1132
1133       // Step 11. Decide the new search depth
1134       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1135
1136       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1137       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1138       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1139       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1140           && tte
1141           && move == tte->move()
1142           && ext < OnePly
1143           && is_lower_bound(tte->type())
1144           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1145       {
1146           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1147
1148           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1149           {
1150               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1151
1152               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1153                   ext = OnePly;
1154           }
1155       }
1156
1157       newDepth = depth - OnePly + ext;
1158
1159       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1160       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1161
1162       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1163
1164       // Step 13. Make the move
1165       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1166
1167       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1168       // The first move in list is the expected PV
1169       if (moveCount == 1)
1170           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1171       else
1172       {
1173         // Step 14. Reduced search
1174         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1175         bool doFullDepthSearch = true;
1176
1177         if (    depth >= 3 * OnePly
1178             && !dangerous
1179             && !captureOrPromotion
1180             && !move_is_castle(move)
1181             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1182         {
1183             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1184             if (ss[ply].reduction)
1185             {
1186                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1187                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1188             }
1189         }
1190
1191         // Step 15. Full depth search
1192         if (doFullDepthSearch)
1193         {
1194             ss[ply].reduction = Depth(0);
1195             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1196
1197             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1198             if (value > alpha && value < beta)
1199                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1200         }
1201       }
1202
1203       // Step 16. Undo move
1204       pos.undo_move(move);
1205
1206       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1207
1208       // Step 17. Check for new best move
1209       if (value > bestValue)
1210       {
1211           bestValue = value;
1212           if (value > alpha)
1213           {
1214               alpha = value;
1215               update_pv(ss, ply);
1216               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1217                   ss[ply].mateKiller = move;
1218           }
1219       }
1220
1221       // Step 18. Check for split
1222       if (   TM.active_threads() > 1
1223           && bestValue < beta
1224           && depth >= MinimumSplitDepth
1225           && Iteration <= 99
1226           && TM.available_thread_exists(threadID)
1227           && !AbortSearch
1228           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1229           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1230                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1231           break;
1232     }
1233
1234     // Step 19. Check for mate and stalemate
1235     // All legal moves have been searched and if there were
1236     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1237     if (moveCount == 0)
1238         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1239
1240     // Step 20. Update tables
1241     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1242     // history counters, and killer moves.
1243     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1244         return bestValue;
1245
1246     if (bestValue <= oldAlpha)
1247         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1248
1249     else if (bestValue >= beta)
1250     {
1251         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1252         move = ss[ply].pv[ply];
1253         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1254         {
1255             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1256             update_killers(move, ss[ply]);
1257         }
1258         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1259     }
1260     else
1261         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1262
1263     return bestValue;
1264   }
1265
1266
1267   // search() is the search function for zero-width nodes.
1268
1269   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1270                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1271
1272     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1273     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1274     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1275
1276     Move movesSearched[256];
1277     EvalInfo ei;
1278     StateInfo st;
1279     const TTEntry* tte;
1280     Move ttMove, move;
1281     Depth ext, newDepth;
1282     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1283     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1284     bool mateThreat = false;
1285     int moveCount = 0;
1286     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1287
1288     if (depth < OnePly)
1289         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1290
1291     // Step 1. Initialize node and poll
1292     // Polling can abort search.
1293     init_node(ss, ply, threadID);
1294
1295     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1296     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1297         return Value(0);
1298
1299     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1300         return VALUE_DRAW;
1301
1302     // Step 3. Mate distance pruning
1303     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1304         return beta;
1305
1306     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1307         return beta - 1;
1308
1309     // Step 4. Transposition table lookup
1310
1311     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1312     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1313     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1314
1315     tte = TT.retrieve(posKey);
1316     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1317
1318     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1319     {
1320         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1321         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1322     }
1323
1324     // Step 5. Evaluate the position statically
1325     isCheck = pos.is_check();
1326
1327     if (!isCheck)
1328     {
1329         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1330             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1331         else
1332             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1333
1334         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1335         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1336     }
1337
1338     // Step 6. Razoring
1339     if (   !value_is_mate(beta)
1340         && !isCheck
1341         && depth < RazorDepth
1342         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1343         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1344         && ttMove == MOVE_NONE
1345         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1346     {
1347         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1348         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1349         if (v < rbeta)
1350             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1351             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1352             return v;
1353     }
1354
1355     // Step 7. Static null move pruning
1356     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1357     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1358     if (  !isCheck
1359         && allowNullmove
1360         && depth < RazorDepth
1361         && refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1362         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1363
1364     // Step 8. Null move search with verification search
1365     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1366     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1367     // NullMoveMargin under beta.
1368     if (    allowNullmove
1369         &&  depth > OnePly
1370         && !isCheck
1371         && !value_is_mate(beta)
1372         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1373         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1374     {
1375         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1376
1377         pos.do_null_move(st);
1378
1379         // Null move dynamic reduction based on depth
1380         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1381
1382         // Null move dynamic reduction based on value
1383         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1384             R++;
1385
1386         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1387
1388         pos.undo_null_move();
1389
1390         if (nullValue >= beta)
1391         {
1392             // Do not return unproven mate scores
1393             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
1394                 nullValue = beta;
1395
1396             if (depth < 6 * OnePly)
1397                 return nullValue;
1398
1399             // Do zugzwang verification search
1400             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1401             if (v >= beta)
1402                 return nullValue;
1403         } else {
1404             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1405             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1406             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1407             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1408             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1409             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1410             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1411                 mateThreat = true;
1412
1413             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1414             if (   depth < ThreatDepth
1415                 && ss[ply - 1].reduction
1416                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1417                 return beta - 1;
1418         }
1419     }
1420
1421     // Step 9. Internal iterative deepening
1422     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1423         && ttMove == MOVE_NONE
1424         && !isCheck
1425         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1426     {
1427         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1428         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1429         tte = TT.retrieve(posKey);
1430     }
1431
1432     // Step 10. Loop through moves
1433     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1434
1435     // Initialize a MovePicker object for the current position
1436     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1437     CheckInfo ci(pos);
1438
1439     while (   bestValue < beta
1440            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1441            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1442     {
1443       assert(move_is_ok(move));
1444
1445       if (move == excludedMove)
1446           continue;
1447
1448       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1449       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1450       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1451
1452       // Step 11. Decide the new search depth
1453       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1454
1455       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1456       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1457       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1458       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1459           && tte
1460           && move == tte->move()
1461           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1462           && ext < OnePly
1463           && is_lower_bound(tte->type())
1464           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1465       {
1466           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1467
1468           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1469           {
1470               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1471
1472               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1473                   ext = OnePly;
1474           }
1475       }
1476
1477       newDepth = depth - OnePly + ext;
1478
1479       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1480       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1481
1482       // Step 12. Futility pruning
1483       if (   !isCheck
1484           && !dangerous
1485           && !captureOrPromotion
1486           && !move_is_castle(move)
1487           &&  move != ttMove)
1488       {
1489           // Move count based pruning
1490           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1491               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1492               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1493               continue;
1494
1495           // Value based pruning
1496           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1497           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1498                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1499
1500           if (futilityValueScaled < beta)
1501           {
1502               if (futilityValueScaled > bestValue)
1503                   bestValue = futilityValueScaled;
1504               continue;
1505           }
1506       }
1507
1508       // Step 13. Make the move
1509       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1510
1511       // Step 14. Reduced search
1512       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1513       bool doFullDepthSearch = true;
1514
1515       if (    depth >= 3*OnePly
1516           && !dangerous
1517           && !captureOrPromotion
1518           && !move_is_castle(move)
1519           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1520       {
1521           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1522           if (ss[ply].reduction)
1523           {
1524               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1525               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1526           }
1527       }
1528
1529       // Step 15. Full depth search
1530       if (doFullDepthSearch)
1531       {
1532           ss[ply].reduction = Depth(0);
1533           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1534       }
1535
1536       // Step 16. Undo move
1537       pos.undo_move(move);
1538
1539       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1540
1541       // Step 17. Check for new best move
1542       if (value > bestValue)
1543       {
1544           bestValue = value;
1545           if (value >= beta)
1546               update_pv(ss, ply);
1547
1548           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1549               ss[ply].mateKiller = move;
1550       }
1551
1552       // Step 18. Check for split
1553       if (   TM.active_threads() > 1
1554           && bestValue < beta
1555           && depth >= MinimumSplitDepth
1556           && Iteration <= 99
1557           && TM.available_thread_exists(threadID)
1558           && !AbortSearch
1559           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1560           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1561                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1562           break;
1563     }
1564
1565     // Step 19. Check for mate and stalemate
1566     // All legal moves have been searched and if there were
1567     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1568     // If one move was excluded return fail low.
1569     if (!moveCount)
1570         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1571
1572     // Step 20. Update tables
1573     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1574     // history counters, and killer moves.
1575     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1576         return bestValue;
1577
1578     if (bestValue < beta)
1579         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1580     else
1581     {
1582         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1583         move = ss[ply].pv[ply];
1584         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1585         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1586         {
1587             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1588             update_killers(move, ss[ply]);
1589         }
1590
1591     }
1592
1593     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1594
1595     return bestValue;
1596   }
1597
1598
1599   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1600   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1601   // less than OnePly).
1602
1603   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1604                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1605
1606     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1607     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1608     assert(depth <= 0);
1609     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1610     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1611
1612     EvalInfo ei;
1613     StateInfo st;
1614     Move ttMove, move;
1615     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1616     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1617     const TTEntry* tte = NULL;
1618     int moveCount = 0;
1619     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1620     Value oldAlpha = alpha;
1621
1622     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1623     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1624     init_node(ss, ply, threadID);
1625
1626     // After init_node() that calls poll()
1627     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1628         return Value(0);
1629
1630     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1631         return VALUE_DRAW;
1632
1633     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1634     // pruning, but only for move ordering.
1635     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1636     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1637
1638     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1639     {
1640         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1641
1642         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1643         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1644     }
1645
1646     isCheck = pos.is_check();
1647
1648     // Evaluate the position statically
1649     if (isCheck)
1650         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1651     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1652         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1653     else
1654         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1655
1656     if (!isCheck)
1657     {
1658         ss[ply].eval = staticValue;
1659         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1660     }
1661
1662     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1663     // at least beta.
1664     bestValue = staticValue;
1665
1666     if (bestValue >= beta)
1667     {
1668         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1669         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1670             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1671
1672         return bestValue;
1673     }
1674
1675     if (bestValue > alpha)
1676         alpha = bestValue;
1677
1678     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1679     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1680
1681     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1682     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1683     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1684     // and we are near beta) will be generated.
1685     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1686     CheckInfo ci(pos);
1687     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1688     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1689
1690     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1691     // occurs.
1692     while (   alpha < beta
1693            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1694     {
1695       assert(move_is_ok(move));
1696
1697       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1698
1699       // Update current move
1700       moveCount++;
1701       ss[ply].currentMove = move;
1702
1703       // Futility pruning
1704       if (   enoughMaterial
1705           && !isCheck
1706           && !pvNode
1707           && !moveIsCheck
1708           &&  move != ttMove
1709           && !move_is_promotion(move)
1710           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1711       {
1712           futilityValue =  futilityBase
1713                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1714                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1715
1716           if (futilityValue < alpha)
1717           {
1718               if (futilityValue > bestValue)
1719                   bestValue = futilityValue;
1720               continue;
1721           }
1722       }
1723
1724       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1725       evasionPrunable =   isCheck
1726                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1727                        && !pos.move_is_capture(move)
1728                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1729                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1730
1731       // Don't search moves with negative SEE values
1732       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1733           && !pvNode
1734           &&  move != ttMove
1735           && !move_is_promotion(move)
1736           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1737           continue;
1738
1739       // Make and search the move
1740       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1741       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1742       pos.undo_move(move);
1743
1744       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1745
1746       // New best move?
1747       if (value > bestValue)
1748       {
1749           bestValue = value;
1750           if (value > alpha)
1751           {
1752               alpha = value;
1753               update_pv(ss, ply);
1754           }
1755        }
1756     }
1757
1758     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1759     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1760     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1761         return value_mated_in(ply);
1762
1763     // Update transposition table
1764     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1765     if (bestValue <= oldAlpha)
1766     {
1767         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1768         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1769         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1770         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1771     }
1772     else if (bestValue >= beta)
1773     {
1774         move = ss[ply].pv[ply];
1775         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1776
1777         // Update killers only for good checking moves
1778         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1779             update_killers(move, ss[ply]);
1780     }
1781     else
1782         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1783
1784     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1785
1786     return bestValue;
1787   }
1788
1789
1790   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1791   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1792   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1793   // table, done a null move search, and searched the first move before
1794   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1795   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1796   // care of after we return from the split point.
1797
1798   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1799
1800     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1801     assert(TM.active_threads() > 1);
1802
1803     StateInfo st;
1804     Move move;
1805     Depth ext, newDepth;
1806     Value value, futilityValueScaled;
1807     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1808     int moveCount;
1809     value = -VALUE_INFINITE;
1810
1811     Position pos(*sp->pos);
1812     CheckInfo ci(pos);
1813     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1814     isCheck = pos.is_check();
1815
1816     // Step 10. Loop through moves
1817     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1818     lock_grab(&(sp->lock));
1819
1820     while (    sp->bestValue < sp->beta
1821            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1822            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1823     {
1824       moveCount = ++sp->moves;
1825       lock_release(&(sp->lock));
1826
1827       assert(move_is_ok(move));
1828
1829       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1830       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1831
1832       // Step 11. Decide the new search depth
1833       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1834       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1835
1836       // Update current move
1837       ss[sp->ply].currentMove = move;
1838
1839       // Step 12. Futility pruning
1840       if (   !isCheck
1841           && !dangerous
1842           && !captureOrPromotion
1843           && !move_is_castle(move))
1844       {
1845           // Move count based pruning
1846           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1847               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1848               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1849           {
1850               lock_grab(&(sp->lock));
1851               continue;
1852           }
1853
1854           // Value based pruning
1855           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1856           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1857                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1858
1859           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1860           {
1861               lock_grab(&(sp->lock));
1862
1863               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1864                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1865               continue;
1866           }
1867       }
1868
1869       // Step 13. Make the move
1870       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1871
1872       // Step 14. Reduced search
1873       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1874       bool doFullDepthSearch = true;
1875
1876       if (   !dangerous
1877           && !captureOrPromotion
1878           && !move_is_castle(move)
1879           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1880       {
1881           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1882           if (ss[sp->ply].reduction)
1883           {
1884               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1885               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1886           }
1887       }
1888
1889       // Step 15. Full depth search
1890       if (doFullDepthSearch)
1891       {
1892           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1893           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1894       }
1895
1896       // Step 16. Undo move
1897       pos.undo_move(move);
1898
1899       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1900
1901       // Step 17. Check for new best move
1902       lock_grab(&(sp->lock));
1903
1904       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1905       {
1906           sp->bestValue = value;
1907           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1908           {
1909               sp->stopRequest = true;
1910               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1911           }
1912       }
1913     }
1914
1915     /* Here we have the lock still grabbed */
1916
1917     sp->slaves[threadID] = 0;
1918     sp->cpus--;
1919
1920     lock_release(&(sp->lock));
1921   }
1922
1923
1924   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1925   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1926   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1927   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1928   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1929   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1930   // after we return from the split point.
1931
1932   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1933
1934     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1935     assert(TM.active_threads() > 1);
1936
1937     StateInfo st;
1938     Move move;
1939     Depth ext, newDepth;
1940     Value value;
1941     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1942     int moveCount;
1943     value = -VALUE_INFINITE;
1944
1945     Position pos(*sp->pos);
1946     CheckInfo ci(pos);
1947     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1948
1949     // Step 10. Loop through moves
1950     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1951     lock_grab(&(sp->lock));
1952
1953     while (    sp->alpha < sp->beta
1954            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1955            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1956     {
1957       moveCount = ++sp->moves;
1958       lock_release(&(sp->lock));
1959
1960       assert(move_is_ok(move));
1961
1962       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1963       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1964
1965       // Step 11. Decide the new search depth
1966       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1967       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1968
1969       // Update current move
1970       ss[sp->ply].currentMove = move;
1971
1972       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1973
1974       // Step 13. Make the move
1975       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1976
1977       // Step 14. Reduced search
1978       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1979       bool doFullDepthSearch = true;
1980
1981       if (   !dangerous
1982           && !captureOrPromotion
1983           && !move_is_castle(move)
1984           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1985       {
1986           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1987           if (ss[sp->ply].reduction)
1988           {
1989               Value localAlpha = sp->alpha;
1990               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1991               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1992           }
1993       }
1994
1995       // Step 15. Full depth search
1996       if (doFullDepthSearch)
1997       {
1998           Value localAlpha = sp->alpha;
1999           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
2000           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
2001
2002           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
2003           {
2004               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
2005               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
2006               localAlpha = sp->alpha;
2007               if (localAlpha < sp->beta)
2008                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2009           }
2010       }
2011
2012       // Step 16. Undo move
2013       pos.undo_move(move);
2014
2015       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2016
2017       // Step 17. Check for new best move
2018       lock_grab(&(sp->lock));
2019
2020       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2021       {
2022           sp->bestValue = value;
2023           if (value > sp->alpha)
2024           {
2025               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2026               if (value >= sp->beta)
2027                   sp->stopRequest = true;
2028
2029               sp->alpha = value;
2030
2031               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2032               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2033                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2034           }
2035       }
2036     }
2037
2038     /* Here we have the lock still grabbed */
2039
2040     sp->slaves[threadID] = 0;
2041     sp->cpus--;
2042
2043     lock_release(&(sp->lock));
2044   }
2045
2046
2047   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2048   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2049   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2050   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2051   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2052
2053   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2054
2055     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2056     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2057
2058     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2059
2060     if (threadID == 0)
2061     {
2062         NodesSincePoll++;
2063         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2064         {
2065             poll(ss, ply);
2066             NodesSincePoll = 0;
2067         }
2068     }
2069     ss[ply].init(ply);
2070     ss[ply + 2].initKillers();
2071   }
2072
2073
2074   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2075   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2076   // current node.
2077
2078   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2079
2080     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2081
2082     int p;
2083
2084     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2085
2086     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2087         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2088
2089     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2090   }
2091
2092
2093   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2094   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2095   // the PV at the parent node.
2096
2097   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2098
2099     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2100
2101     int p;
2102
2103     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2104
2105     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2106         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2107
2108     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2109   }
2110
2111
2112   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2113   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2114   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2115   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2116   // second move is assumed to be a move from the current position.
2117
2118   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2119
2120     Square f1, t1, f2, t2;
2121     Piece p;
2122
2123     assert(move_is_ok(m1));
2124     assert(move_is_ok(m2));
2125
2126     if (m2 == MOVE_NONE)
2127         return false;
2128
2129     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2130     f2 = move_from(m2);
2131     t1 = move_to(m1);
2132     if (f2 == t1)
2133         return true;
2134
2135     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2136     t2 = move_to(m2);
2137     f1 = move_from(m1);
2138     if (t2 == f1)
2139         return true;
2140
2141     // Case 3: Moving through the vacated square
2142     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2143         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2144       return true;
2145
2146     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2147     p = pos.piece_on(t1);
2148     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2149         return true;
2150
2151     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2152     if (    piece_is_slider(p)
2153         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2154         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2155     {
2156         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2157         // move is the opposite of the checking piece.
2158         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2159         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2160
2161         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2162             return true;
2163     }
2164     return false;
2165   }
2166
2167
2168   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2169   // eventually compensated for the ply.
2170
2171   bool value_is_mate(Value value) {
2172
2173     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2174
2175     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2176           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2177   }
2178
2179
2180   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2181   // killer moves of that ply.
2182
2183   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2184
2185       const Move* k = ss.killers;
2186       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2187           if (*k == m)
2188               return true;
2189
2190       return false;
2191   }
2192
2193
2194   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2195   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2196   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2197   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2198   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2199   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2200
2201   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2202                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2203
2204     assert(m != MOVE_NONE);
2205
2206     Depth result = Depth(0);
2207     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2208
2209     if (*dangerous)
2210     {
2211         if (moveIsCheck)
2212             result += CheckExtension[pvNode];
2213
2214         if (singleEvasion)
2215             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2216
2217         if (mateThreat)
2218             result += MateThreatExtension[pvNode];
2219     }
2220
2221     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2222     {
2223         Color c = pos.side_to_move();
2224         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2225         {
2226             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2227             *dangerous = true;
2228         }
2229         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2230         {
2231             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2232             *dangerous = true;
2233         }
2234     }
2235
2236     if (   captureOrPromotion
2237         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2238         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2239             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2240         && !move_is_promotion(m)
2241         && !move_is_ep(m))
2242     {
2243         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2244         *dangerous = true;
2245     }
2246
2247     if (   pvNode
2248         && captureOrPromotion
2249         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2250         && pos.see_sign(m) >= 0)
2251     {
2252         result += OnePly/2;
2253         *dangerous = true;
2254     }
2255
2256     return Min(result, OnePly);
2257   }
2258
2259
2260   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2261   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2262   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2263   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2264   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2265   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2266   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2267
2268   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2269
2270     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2271   }
2272
2273
2274   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2275   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2276   // candidates for pruning.
2277
2278   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2279
2280     assert(move_is_ok(m));
2281     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2282     assert(!pos.move_is_check(m));
2283     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2284     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2285
2286     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2287
2288     // Prune if there isn't any threat move
2289     if (threat == MOVE_NONE)
2290         return true;
2291
2292     mfrom = move_from(m);
2293     mto = move_to(m);
2294     tfrom = move_from(threat);
2295     tto = move_to(threat);
2296
2297     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2298     if (mfrom == tto)
2299         return false;
2300
2301     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2302     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2303     if (   pos.move_is_capture(threat)
2304         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2305             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2306         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2307         return false;
2308
2309     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2310     // prune safe moves which block its ray.
2311     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2312         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2313         && pos.see_sign(m) >= 0)
2314         return false;
2315
2316     return true;
2317   }
2318
2319
2320   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2321   // can be used at a given point in search.
2322
2323   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2324
2325     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2326
2327     return   (   tte->depth() >= depth
2328               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2329               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2330
2331           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2332               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2333   }
2334
2335
2336   // refine_eval() returns the transposition table score if
2337   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2338
2339   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2340
2341       if (!tte)
2342           return defaultEval;
2343
2344       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2345
2346       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2347           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2348           return v;
2349
2350       return defaultEval;
2351   }
2352
2353
2354   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2355   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2356
2357   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2358                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2359
2360     Move m;
2361
2362     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2363
2364     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2365     {
2366         m = movesSearched[i];
2367
2368         assert(m != move);
2369
2370         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2371             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2372     }
2373   }
2374
2375
2376   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2377   // among the killer moves of that ply.
2378
2379   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2380
2381     if (m == ss.killers[0])
2382         return;
2383
2384     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2385         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2386
2387     ss.killers[0] = m;
2388   }
2389
2390
2391   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2392   // the static position evaluation before and after the move.
2393
2394   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2395
2396     if (   m != MOVE_NULL
2397         && before != VALUE_NONE
2398         && after != VALUE_NONE
2399         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2400         && !move_is_castle(m)
2401         && !move_is_promotion(m))
2402         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2403   }
2404
2405
2406   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2407   // since the beginning of the current search.
2408
2409   int current_search_time() {
2410
2411     return get_system_time() - SearchStartTime;
2412   }
2413
2414
2415   // nps() computes the current nodes/second count.
2416
2417   int nps() {
2418
2419     int t = current_search_time();
2420     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2421   }
2422
2423
2424   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2425   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2426   // search.
2427
2428   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2429
2430     static int lastInfoTime;
2431     int t = current_search_time();
2432
2433     //  Poll for input
2434     if (Bioskey())
2435     {
2436         // We are line oriented, don't read single chars
2437         std::string command;
2438
2439         if (!std::getline(std::cin, command))
2440             command = "quit";
2441
2442         if (command == "quit")
2443         {
2444             AbortSearch = true;
2445             PonderSearch = false;
2446             Quit = true;
2447             return;
2448         }
2449         else if (command == "stop")
2450         {
2451             AbortSearch = true;
2452             PonderSearch = false;
2453         }
2454         else if (command == "ponderhit")
2455             ponderhit();
2456     }
2457
2458     // Print search information
2459     if (t < 1000)
2460         lastInfoTime = 0;
2461
2462     else if (lastInfoTime > t)
2463         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2464         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2465         lastInfoTime = 0;
2466
2467     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2468     {
2469         lastInfoTime = t;
2470
2471         if (dbg_show_mean)
2472             dbg_print_mean();
2473
2474         if (dbg_show_hit_rate)
2475             dbg_print_hit_rate();
2476
2477         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2478              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2479
2480         // We only support current line printing in single thread mode
2481         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2482         {
2483             cout << "info currline";
2484             for (int p = 0; p < ply; p++)
2485                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2486
2487             cout << endl;
2488         }
2489     }
2490
2491     // Should we stop the search?
2492     if (PonderSearch)
2493         return;
2494
2495     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2496                            && !AspirationFailLow
2497                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2498
2499     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2500                      || stillAtFirstMove;
2501
2502     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2503         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2504         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2505         AbortSearch = true;
2506   }
2507
2508
2509   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2510   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2511   // it correctly predicted the opponent's move.
2512
2513   void ponderhit() {
2514
2515     int t = current_search_time();
2516     PonderSearch = false;
2517
2518     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2519                            && !AspirationFailLow
2520                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2521
2522     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2523                      || stillAtFirstMove;
2524
2525     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2526         AbortSearch = true;
2527   }
2528
2529
2530   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2531
2532   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2533
2534     for (int i = 0; i < 3; i++)
2535     {
2536         ss[i].init(i);
2537         ss[i].initKillers();
2538     }
2539   }
2540
2541
2542   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2543   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2544   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2545   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2546   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2547   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2548
2549   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2550
2551     std::string command;
2552
2553     while (true)
2554     {
2555         if (!std::getline(std::cin, command))
2556             command = "quit";
2557
2558         if (command == "quit")
2559         {
2560             Quit = true;
2561             break;
2562         }
2563         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2564             break;
2565     }
2566   }
2567
2568
2569   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2570   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2571
2572   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2573
2574     cout << "info depth " << Iteration
2575          << " score " << value_to_string(value)
2576          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2577             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2578          << " time "  << current_search_time()
2579          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2580          << " nps "   << nps()
2581          << " pv ";
2582
2583     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2584         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2585
2586     cout << endl;
2587
2588     if (UseLogFile)
2589     {
2590         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2591             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2592
2593         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2594                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2595     }
2596   }
2597
2598
2599   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2600   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2601   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2602   // threads and one for Windows threads.
2603
2604 #if !defined(_MSC_VER)
2605
2606   void* init_thread(void *threadID) {
2607
2608     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2609     return NULL;
2610   }
2611
2612 #else
2613
2614   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2615
2616     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2617     return 0;
2618   }
2619
2620 #endif
2621
2622
2623   /// The ThreadsManager class
2624
2625   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2626   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2627   // counters used to sort the moves at root.
2628
2629   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2630
2631     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2632         threads[i].nodes = 0ULL;
2633   }
2634
2635   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2636
2637     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2638         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2639   }
2640
2641   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2642
2643     int64_t result = 0ULL;
2644     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2645         result += threads[i].nodes;
2646
2647     return result;
2648   }
2649
2650   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2651
2652     our = their = 0UL;
2653     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2654     {
2655         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2656         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2657     }
2658   }
2659
2660
2661   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2662   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2663   // object for which the current thread is the master.
2664
2665   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2666
2667     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2668
2669     while (true)
2670     {
2671         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2672         // master should exit as last one.
2673         if (AllThreadsShouldExit)
2674         {
2675             assert(!waitSp);
2676             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2677             return;
2678         }
2679
2680         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2681         // instead of wasting CPU time polling for work.
2682         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2683         {
2684             assert(!waitSp);
2685             assert(threadID != 0);
2686             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2687
2688 #if !defined(_MSC_VER)
2689             lock_grab(&WaitLock);
2690             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2691                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2692             lock_release(&WaitLock);
2693 #else
2694             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2695 #endif
2696         }
2697
2698         // If thread has just woken up, mark it as available
2699         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2700             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2701
2702         // If this thread has been assigned work, launch a search
2703         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2704         {
2705             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2706
2707             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2708
2709             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2710                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2711             else
2712                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2713
2714             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2715
2716             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2717         }
2718
2719         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2720         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2721         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2722         {
2723             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2724
2725             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2726             return;
2727         }
2728     }
2729   }
2730
2731
2732   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2733   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2734   // objects.
2735
2736   void ThreadsManager::init_threads() {
2737
2738     volatile int i;
2739     bool ok;
2740
2741 #if !defined(_MSC_VER)
2742     pthread_t pthread[1];
2743 #endif
2744
2745     // Initialize global locks
2746     lock_init(&MPLock, NULL);
2747     lock_init(&WaitLock, NULL);
2748
2749 #if !defined(_MSC_VER)
2750     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2751 #else
2752     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2753         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2754 #endif
2755
2756     // Initialize SplitPointStack locks
2757     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2758         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2759         {
2760             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2761             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2762         }
2763
2764     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2765     AllThreadsShouldExit = false;
2766
2767     // Threads will be put to sleep as soon as created
2768     AllThreadsShouldSleep = true;
2769
2770     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2771     ActiveThreads = 1;
2772     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2773     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2774         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2775
2776     // Launch the helper threads
2777     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2778     {
2779
2780 #if !defined(_MSC_VER)
2781         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2782 #else
2783         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2784 #endif
2785
2786         if (!ok)
2787         {
2788             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2789             Application::exit_with_failure();
2790         }
2791
2792         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2793         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2794     }
2795   }
2796
2797
2798   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2799   // helper threads exit cleanly.
2800
2801   void ThreadsManager::exit_threads() {
2802
2803     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2804     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2805     wake_sleeping_threads();
2806
2807     // This makes the threads to exit idle_loop()
2808     AllThreadsShouldExit = true;
2809
2810     // Wait for thread termination
2811     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2812         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2813
2814     // Now we can safely destroy the locks
2815     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2816         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2817             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2818
2819     lock_destroy(&WaitLock);
2820     lock_destroy(&MPLock);
2821   }
2822
2823
2824   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2825   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2826   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2827
2828   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2829
2830     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2831
2832     SplitPoint* sp;
2833
2834     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2835     return sp != NULL;
2836   }
2837
2838
2839   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2840   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2841   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2842   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2843   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2844   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2845   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2846
2847   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2848
2849     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2850     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2851     assert(ActiveThreads > 1);
2852
2853     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2854         return false;
2855
2856     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2857     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2858
2859     if (localActiveSplitPoints == 0)
2860         // No active split points means that the thread is available as
2861         // a slave for any other thread.
2862         return true;
2863
2864     if (ActiveThreads == 2)
2865         return true;
2866
2867     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2868     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2869     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2870     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2871         return true;
2872
2873     return false;
2874   }
2875
2876
2877   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2878   // a slave for the thread with threadID "master".
2879
2880   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2881
2882     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2883     assert(ActiveThreads > 1);
2884
2885     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2886         if (thread_is_available(i, master))
2887             return true;
2888
2889     return false;
2890   }
2891
2892
2893   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2894   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2895   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2896   // split point objects), the function immediately returns false. If
2897   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2898   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2899   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2900   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2901   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2902   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2903   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2904
2905   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2906              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2907              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2908
2909     assert(p.is_ok());
2910     assert(sstck != NULL);
2911     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2912     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2913     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2914            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2915     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2916     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2917     assert(depth > Depth(0));
2918     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2919     assert(ActiveThreads > 1);
2920
2921     SplitPoint* splitPoint;
2922
2923     lock_grab(&MPLock);
2924
2925     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2926     // active split points, don't split.
2927     if (   !available_thread_exists(master)
2928         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2929     {
2930         lock_release(&MPLock);
2931         return false;
2932     }
2933
2934     // Pick the next available split point object from the split point stack
2935     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2936
2937     // Initialize the split point object
2938     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2939     splitPoint->stopRequest = false;
2940     splitPoint->ply = ply;
2941     splitPoint->depth = depth;
2942     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2943     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2944     splitPoint->beta = beta;
2945     splitPoint->pvNode = pvNode;
2946     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2947     splitPoint->master = master;
2948     splitPoint->mp = mp;
2949     splitPoint->moves = *moves;
2950     splitPoint->cpus = 1;
2951     splitPoint->pos = &p;
2952     splitPoint->parentSstack = sstck;
2953     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2954         splitPoint->slaves[i] = 0;
2955
2956     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2957     threads[master].activeSplitPoints++;
2958
2959     // If we are here it means we are not available
2960     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2961
2962     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2963     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2964         if (thread_is_available(i, master))
2965         {
2966             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2967             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2968             splitPoint->slaves[i] = 1;
2969             splitPoint->cpus++;
2970         }
2971
2972     assert(splitPoint->cpus > 1);
2973
2974     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2975     lock_release(&MPLock);
2976
2977     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2978     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2979     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2980         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2981         {
2982             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2983
2984             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2985
2986             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2987         }
2988
2989     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2990     // which it will instantly launch a search, because its state is
2991     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2992     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2993     // loop when all threads have finished their work at this split point
2994     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2995     idle_loop(master, splitPoint);
2996
2997     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2998     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2999     lock_grab(&MPLock);
3000
3001     if (pvNode)
3002         *alpha = splitPoint->alpha;
3003
3004     *bestValue = splitPoint->bestValue;
3005     threads[master].activeSplitPoints--;
3006     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
3007
3008     lock_release(&MPLock);
3009     return true;
3010   }
3011
3012
3013   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
3014   // to start a new search from the root.
3015
3016   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3017
3018     assert(AllThreadsShouldSleep);
3019     assert(ActiveThreads > 0);
3020
3021     AllThreadsShouldSleep = false;
3022
3023     if (ActiveThreads == 1)
3024         return;
3025
3026 #if !defined(_MSC_VER)
3027     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3028     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3029     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3030 #else
3031     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3032         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3033 #endif
3034
3035   }
3036
3037
3038   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3039   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3040   // finished the job and should be idle.
3041
3042   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3043
3044     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3045
3046     // This makes the threads to go to sleep
3047     AllThreadsShouldSleep = true;
3048   }
3049
3050   /// The RootMoveList class
3051
3052   // RootMoveList c'tor
3053
3054   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3055
3056     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3057     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3058     StateInfo st;
3059     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3060
3061     // Generate all legal moves
3062     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3063
3064     // Add each move to the moves[] array
3065     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3066     {
3067         bool includeMove = includeAllMoves;
3068
3069         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3070             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3071
3072         if (!includeMove)
3073             continue;
3074
3075         // Find a quick score for the move
3076         init_ss_array(ss);
3077         pos.do_move(cur->move, st);
3078         moves[count].move = cur->move;
3079         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3080         moves[count].pv[0] = cur->move;
3081         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3082         pos.undo_move(cur->move);
3083         count++;
3084     }
3085     sort();
3086   }
3087
3088
3089   // RootMoveList simple methods definitions
3090
3091   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3092
3093     moves[moveNum].nodes = nodes;
3094     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3095   }
3096
3097   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3098
3099     moves[moveNum].ourBeta = our;
3100     moves[moveNum].theirBeta = their;
3101   }
3102
3103   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3104
3105     int j;
3106
3107     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3108         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3109
3110     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3111   }
3112
3113
3114   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3115   // iteration.
3116
3117   void RootMoveList::sort() {
3118
3119     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3120   }
3121
3122
3123   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3124   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3125   // correctly in MultiPV mode.
3126
3127   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3128
3129     int i,j;
3130
3131     for (i = 1; i <= n; i++)
3132     {
3133         RootMove rm = moves[i];
3134         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3135             moves[j] = moves[j - 1];
3136
3137         moves[j] = rm;
3138     }
3139   }
3140
3141 } // namspace