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