Sync static null conditions with real one
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75
76     void resetNodeCounters();
77     void resetBetaCounters();
78     int64_t nodes_searched() const;
79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
80     bool available_thread_exists(int master) const;
81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
83     void wake_sleeping_threads();
84     void put_threads_to_sleep();
85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
87                Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
88
89   private:
90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
91
92     int ActiveThreads;
93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
94     Thread threads[MAX_THREADS];
95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
96
97     Lock MPLock, WaitLock;
98
99 #if !defined(_MSC_VER)
100     pthread_cond_t WaitCond;
101 #else
102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
103 #endif
104
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low).
111
112   struct RootMove {
113
114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
115
116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
119     // have equal score but m1 has the higher node count.
120     bool operator<(const RootMove& m) const {
121
122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
123     }
124
125     Move move;
126     Value score;
127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
129   };
130
131
132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
134
135   class RootMoveList {
136
137   public:
138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
139
140     int move_count() const { return count; }
141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
146
147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
150     void sort();
151     void sort_multipv(int n);
152
153   private:
154     static const int MaxRootMoves = 500;
155     RootMove moves[MaxRootMoves];
156     int count;
157   };
158
159
160   /// Adjustments
161
162   // Step 6. Razoring
163
164   // Maximum depth for razoring
165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
166
167   // Dynamic razoring margin based on depth
168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
169
170   // Step 8. Null move search with verification search
171
172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
175
176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
178
179   // Step 9. Internal iterative deepening
180
181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options
192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
199
200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
201   // remaining ones we will extend it.
202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
203
204   // Step 12. Futility pruning
205
206   // Futility margin for quiescence search
207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
208
209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
212
213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
215
216   // Step 14. Reduced search
217
218   int ReductionLevel = 2; // 0 = most aggressive reductions, 7 = minimum reductions
219
220   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
221   int8_t    PVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
222   int8_t NonPVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
223
224   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
225   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
226
227   // Common adjustments
228
229   // Search depth at iteration 1
230   const Depth InitialDepth = OnePly;
231
232   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
233   // better than the second best move.
234   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
235
236   // Last seconds noise filtering (LSN)
237   const bool UseLSNFiltering = true;
238   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
239   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
240   bool loseOnTime = false;
241
242
243   /// Global variables
244
245   // Iteration counter
246   int Iteration;
247
248   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
249   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
250   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
251
252   // Search window management
253   int AspirationDelta;
254
255   // MultiPV mode
256   int MultiPV;
257
258   // Time managment variables
259   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
260   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
261   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
262   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
263
264   // Show current line?
265   bool ShowCurrentLine;
266
267   // Log file
268   bool UseLogFile;
269   std::ofstream LogFile;
270
271   // Multi-threads related variables
272   Depth MinimumSplitDepth;
273   int MaxThreadsPerSplitPoint;
274   ThreadsManager TM;
275
276   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
277   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
278   int NodesSincePoll;
279   int NodesBetweenPolls = 30000;
280
281   // History table
282   History H;
283
284   /// Local functions
285
286   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
287   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
288   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
289   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
290   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
291   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
292   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
293   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
294   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
295   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
296   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
297   bool value_is_mate(Value value);
298   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
299   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
300   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
301   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
302   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
303   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
304   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
305   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
306   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
307
308   int current_search_time();
309   int nps();
310   void poll(SearchStack ss[], int ply);
311   void ponderhit();
312   void wait_for_stop_or_ponderhit();
313   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
314   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
315
316 #if !defined(_MSC_VER)
317   void *init_thread(void *threadID);
318 #else
319   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
320 #endif
321
322 }
323
324
325 ////
326 //// Functions
327 ////
328
329 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
330 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
331
332 void init_threads() { TM.init_threads(); }
333 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
334 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
335
336
337 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
338 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
339
340 int perft(Position& pos, Depth depth)
341 {
342     StateInfo st;
343     Move move;
344     int sum = 0;
345     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
346
347     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
348     // the moves, just to count them.
349     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
350     {
351         while (mp.get_next_move()) sum++;
352         return sum;
353     }
354
355     // Loop through all legal moves
356     CheckInfo ci(pos);
357     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
358     {
359         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
360         sum += perft(pos, depth - OnePly);
361         pos.undo_move(move);
362     }
363     return sum;
364 }
365
366
367 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
368 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
369 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
370 /// when a quit command is received during the search.
371
372 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
373            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
374            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
375
376   // Initialize global search variables
377   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
378   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
379   NodesSincePoll = 0;
380   TM.resetNodeCounters();
381   SearchStartTime = get_system_time();
382   ExactMaxTime = maxTime;
383   MaxDepth = maxDepth;
384   MaxNodes = maxNodes;
385   InfiniteSearch = infinite;
386   PonderSearch = ponder;
387   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
388
389   // Look for a book move, only during games, not tests
390   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
391   {
392       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
393           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
394
395       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
396       if (bookMove != MOVE_NONE)
397       {
398           if (PonderSearch)
399               wait_for_stop_or_ponderhit();
400
401           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
402           return true;
403       }
404   }
405
406   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
407   if (button_was_pressed("New Game"))
408       loseOnTime = false;
409
410   // Read UCI option values
411   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
412   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
413       TT.clear();
414
415   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
416   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
417   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
418   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
419   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
420   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
421   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
422   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
423   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
424   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
425   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
426   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
427
428   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
429   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
430   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
431   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
432   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
433   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
434
435   if (UseLogFile)
436       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
437
438   read_weights(pos.side_to_move());
439
440   // Set the number of active threads
441   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
442   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
443   {
444       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
445       init_eval(TM.active_threads());
446   }
447
448   // Wake up sleeping threads
449   TM.wake_sleeping_threads();
450
451   // Set thinking time
452   int myTime = time[side_to_move];
453   int myIncrement = increment[side_to_move];
454   if (UseTimeManagement)
455   {
456       if (!movesToGo) // Sudden death time control
457       {
458           if (myIncrement)
459           {
460               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
461               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
462           }
463           else // Blitz game without increment
464           {
465               MaxSearchTime = myTime / 30;
466               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
467           }
468       }
469       else // (x moves) / (y minutes)
470       {
471           if (movesToGo == 1)
472           {
473               MaxSearchTime = myTime / 2;
474               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
475           }
476           else
477           {
478               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
479               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
480           }
481       }
482
483       if (get_option_value_bool("Ponder"))
484       {
485           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
486           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
487       }
488   }
489
490   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
491   // heavy time pressure.
492   if (MaxNodes)
493       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
494   else if (myTime && myTime < 1000)
495       NodesBetweenPolls = 1000;
496   else if (myTime && myTime < 5000)
497       NodesBetweenPolls = 5000;
498   else
499       NodesBetweenPolls = 30000;
500
501   // Write search information to log file
502   if (UseLogFile)
503       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
504               << "infinite: "  << infinite
505               << " ponder: "   << ponder
506               << " time: "     << myTime
507               << " increment: " << myIncrement
508               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
509
510   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
511   if (   UseLSNFiltering
512       && loseOnTime)
513   {
514       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
515        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
516            /* wait here */;
517   }
518
519   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
520   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
521
522   if (UseLSNFiltering)
523   {
524       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
525       // decide to lose on time.
526       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
527           && myTime < LSNTime
528           && myIncrement == 0
529           && movesToGo == 0
530           && v < -LSNValue)
531       {
532           loseOnTime = true;
533       }
534       else if (loseOnTime)
535       {
536           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
537           loseOnTime = false;
538       }
539   }
540
541   if (UseLogFile)
542       LogFile.close();
543
544   TM.put_threads_to_sleep();
545
546   return !Quit;
547 }
548
549 // init_reduction_tables() is called by init_search() and initializes
550 // the tables used by LMR.
551 static void init_reduction_tables(int8_t pvTable[64][64], int8_t nonPvTable[64][64], int pvInhib, int nonPvInhib)
552 {
553   double pvBase = 1.001 - log(3.0) * log(16.0) / pvInhib;
554   double nonPvBase = 1.001 - log(3.0) * log(4.0) / nonPvInhib;
555
556   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
557       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
558       {
559           double    pvRed = pvBase    + log(double(i)) * log(double(j)) / pvInhib;
560           double nonPVRed = nonPvBase + log(double(i)) * log(double(j)) / nonPvInhib;
561
562           pvTable[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
563           nonPvTable[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
564       }
565 }
566
567 // init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
568 void init_search() {
569
570   // Init reduction lookup tables
571   for (int i = 0; i < 8; i++)
572       init_reduction_tables(PVReductionMatrix[i], NonPVReductionMatrix[i], int(4 * pow(1.3, i)), int(2 * pow(1.3, i)));
573
574   // Init futility margins array
575   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
576       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
577       {
578           // FIXME: test using log instead of BSR
579           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
580       }
581
582   // Init futility move count array
583   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
584       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
585 }
586
587
588 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
589 // new search from the root.
590 void SearchStack::init(int ply) {
591
592   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
593   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
594   reduction = Depth(0);
595   eval = VALUE_NONE;
596 }
597
598 void SearchStack::initKillers() {
599
600   mateKiller = MOVE_NONE;
601   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
602       killers[i] = MOVE_NONE;
603 }
604
605 namespace {
606
607   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
608   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
609   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
610   // reached.
611
612   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
613
614     Position p(pos);
615     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
616     Move EasyMove = MOVE_NONE;
617     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
618
619     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
620     RootMoveList rml(p, searchMoves);
621
622     // Handle special case of searching on a mate/stale position
623     if (rml.move_count() == 0)
624     {
625         if (PonderSearch)
626             wait_for_stop_or_ponderhit();
627
628         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
629     }
630
631     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
632     // so to output information also for iteration 1.
633     cout << "info depth " << 1
634          << "\ninfo depth " << 1
635          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
636          << " time " << current_search_time()
637          << " nodes " << TM.nodes_searched()
638          << " nps " << nps()
639          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
640
641     // Initialize
642     TT.new_search();
643     H.clear();
644     init_ss_array(ss);
645     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
646     Iteration = 1;
647
648     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
649     if (   rml.move_count() == 1
650         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
651         EasyMove = rml.get_move(0);
652
653     // Iterative deepening loop
654     while (Iteration < PLY_MAX)
655     {
656         // Initialize iteration
657         Iteration++;
658         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
659
660         cout << "info depth " << Iteration << endl;
661
662         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
663         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
664         {
665             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
666             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
667
668             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
669             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
670
671             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
672             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
673         }
674
675         // Choose optimum reduction level
676         ReductionLevel = 2;
677
678         if (UseTimeManagement)
679         {
680             int level = int(floor(log(float(MaxSearchTime) / current_search_time()) / log(2.0) + 1.0));
681             ReductionLevel = Min(Max(level, 0), 7);
682         }
683         else
684         {
685             //FIXME
686         }
687
688         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
689         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
690
691         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
692         // been overwritten during the search.
693         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
694
695         if (AbortSearch)
696             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
697
698         //Save info about search result
699         ValueByIteration[Iteration] = value;
700
701         // Drop the easy move if differs from the new best move
702         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
703             EasyMove = MOVE_NONE;
704
705         if (UseTimeManagement)
706         {
707             // Time to stop?
708             bool stopSearch = false;
709
710             // Stop search early if there is only a single legal move,
711             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
712             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
713                 stopSearch = true;
714
715             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
716             if (  Iteration >= 6
717                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
718                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
719                 stopSearch = true;
720
721             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
722             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
723             if (   Iteration >= 8
724                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
725                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
726                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
727                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
728                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
729                 stopSearch = true;
730
731             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
732             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
733                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
734                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
735
736             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
737             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
738             // move at the next iteration anyway.
739             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
740                 stopSearch = true;
741
742             if (stopSearch)
743             {
744                 if (PonderSearch)
745                     StopOnPonderhit = true;
746                 else
747                     break;
748             }
749         }
750
751         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
752             break;
753     }
754
755     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
756     // best move before we are told to do so.
757     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
758         wait_for_stop_or_ponderhit();
759     else
760         // Print final search statistics
761         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
762              << " nps " << nps()
763              << " time " << current_search_time()
764              << " hashfull " << TT.full() << endl;
765
766     // Print the best move and the ponder move to the standard output
767     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
768     {
769         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
770         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
771     }
772
773     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
774
775     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
776
777     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
778         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
779
780     cout << endl;
781
782     if (UseLogFile)
783     {
784         if (dbg_show_mean)
785             dbg_print_mean(LogFile);
786
787         if (dbg_show_hit_rate)
788             dbg_print_hit_rate(LogFile);
789
790         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
791                 << "\nNodes/second: " << nps()
792                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
793
794         StateInfo st;
795         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
796         LogFile << "\nPonder move: "
797                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
798                 << endl;
799     }
800     return rml.get_move_score(0);
801   }
802
803
804   // root_search() is the function which searches the root node. It is
805   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
806   // scheme, prints some information to the standard output and handles
807   // the fail low/high loops.
808
809   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
810
811     EvalInfo ei;
812     StateInfo st;
813     CheckInfo ci(pos);
814     int64_t nodes;
815     Move move;
816     Depth depth, ext, newDepth;
817     Value value, alpha, beta;
818     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
819     int researchCountFH, researchCountFL;
820
821     researchCountFH = researchCountFL = 0;
822     alpha = *alphaPtr;
823     beta = *betaPtr;
824     isCheck = pos.is_check();
825
826     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
827     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
828     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
829     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
830
831     // Step 5. Evaluate the position statically
832     // At root we do this only to get reference value for child nodes
833     if (!isCheck)
834         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
835     else
836         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
837
838     // Step 6. Razoring (omitted at root)
839     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
840     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
841     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
842
843     // Step extra. Fail low loop
844     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
845     // with bigger window until we are not failing low anymore.
846     while (1)
847     {
848         // Sort the moves before to (re)search
849         rml.sort();
850
851         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
852         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
853         {
854             // This is used by time management
855             FirstRootMove = (i == 0);
856
857             // Save the current node count before the move is searched
858             nodes = TM.nodes_searched();
859
860             // Reset beta cut-off counters
861             TM.resetBetaCounters();
862
863             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
864             // the standard output.
865             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
866
867             if (current_search_time() >= 1000)
868                 cout << "info currmove " << move
869                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
870
871             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
872             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
873
874             // Step 11. Decide the new search depth
875             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
876             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
877             newDepth = depth + ext;
878
879             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
880
881             // Step extra. Fail high loop
882             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
883             // high anymore.
884             value = - VALUE_INFINITE;
885
886             while (1)
887             {
888                 // Step 13. Make the move
889                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
890
891                 // Step extra. pv search
892                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
893                 // and for fail high research (value > alpha)
894                 if (i < MultiPV || value > alpha)
895                 {
896                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
897                     if (MultiPV > 1)
898                         alpha = -VALUE_INFINITE;
899
900                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
901                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
902                 }
903                 else
904                 {
905                     // Step 14. Reduced search
906                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
907                     bool doFullDepthSearch = true;
908
909                     if (    depth >= 3 * OnePly
910                         && !dangerous
911                         && !captureOrPromotion
912                         && !move_is_castle(move))
913                     {
914                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
915                         if (ss[0].reduction)
916                         {
917                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
918                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
919                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
920                         }
921                     }
922
923                     // Step 15. Full depth search
924                     if (doFullDepthSearch)
925                     {
926                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
927                         ss[0].reduction = Depth(0);
928                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
929
930                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
931                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
932                         if (value > alpha)
933                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
934                     }
935                 }
936
937                 // Step 16. Undo move
938                 pos.undo_move(move);
939
940                 // Can we exit fail high loop ?
941                 if (AbortSearch || value < beta)
942                     break;
943
944                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
945                 // the score before research in case we run out of time while researching.
946                 rml.set_move_score(i, value);
947                 update_pv(ss, 0);
948                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
949                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
950
951                 // Print information to the standard output
952                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
953
954                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
955                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
956                 researchCountFH++;
957
958             } // End of fail high loop
959
960             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
961             // was aborted because the user interrupted the search or because we
962             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
963             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
964             // move and/or PV.
965             if (AbortSearch)
966                 break;
967
968             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
969             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
970             int64_t our, their;
971             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
972             rml.set_beta_counters(i, our, their);
973             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
974
975             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
976             assert(value < beta);
977
978             // Step 17. Check for new best move
979             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
980                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
981             else
982             {
983                 // PV move or new best move!
984
985                 // Update PV
986                 rml.set_move_score(i, value);
987                 update_pv(ss, 0);
988                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
989                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
990
991                 if (MultiPV == 1)
992                 {
993                     // We record how often the best move has been changed in each
994                     // iteration. This information is used for time managment: When
995                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
996                     if (i > 0)
997                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
998
999                     // Print information to the standard output
1000                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
1001
1002                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
1003                     if (value > alpha)
1004                         alpha = value;
1005                 }
1006                 else // MultiPV > 1
1007                 {
1008                     rml.sort_multipv(i);
1009                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
1010                     {
1011                         cout << "info multipv " << j + 1
1012                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
1013                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
1014                              << " time " << current_search_time()
1015                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1016                              << " nps " << nps()
1017                              << " pv ";
1018
1019                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1020                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1021
1022                         cout << endl;
1023                     }
1024                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
1025                 }
1026             } // PV move or new best move
1027
1028             assert(alpha >= *alphaPtr);
1029
1030             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1031
1032             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1033                 StopOnPonderhit = false;
1034         }
1035
1036         // Can we exit fail low loop ?
1037         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1038             break;
1039
1040         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1041         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1042         researchCountFL++;
1043
1044     } // Fail low loop
1045
1046     // Sort the moves before to return
1047     rml.sort();
1048
1049     return alpha;
1050   }
1051
1052
1053   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1054
1055   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1056                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1057
1058     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1059     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1060     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1061     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1062
1063     Move movesSearched[256];
1064     EvalInfo ei;
1065     StateInfo st;
1066     const TTEntry* tte;
1067     Move ttMove, move;
1068     Depth ext, newDepth;
1069     Value bestValue, value, oldAlpha;
1070     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1071     bool mateThreat = false;
1072     int moveCount = 0;
1073     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1074
1075     if (depth < OnePly)
1076         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1077
1078     // Step 1. Initialize node and poll
1079     // Polling can abort search.
1080     init_node(ss, ply, threadID);
1081
1082     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1083     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1084         return Value(0);
1085
1086     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1087         return VALUE_DRAW;
1088
1089     // Step 3. Mate distance pruning
1090     oldAlpha = alpha;
1091     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1092     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1093     if (alpha >= beta)
1094         return alpha;
1095
1096     // Step 4. Transposition table lookup
1097     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1098     // This is to avoid problems in the following areas:
1099     //
1100     // * Repetition draw detection
1101     // * Fifty move rule detection
1102     // * Searching for a mate
1103     // * Printing of full PV line
1104     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1105     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1106
1107     // Step 5. Evaluate the position statically
1108     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1109     isCheck = pos.is_check();
1110     if (!isCheck)
1111     {
1112         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1113         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1114     }
1115
1116     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1117     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1118     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1119
1120     // Step 9. Internal iterative deepening
1121     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1122         && ttMove == MOVE_NONE)
1123     {
1124         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1125         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1126         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1127     }
1128
1129     // Step 10. Loop through moves
1130     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1131
1132     // Initialize a MovePicker object for the current position
1133     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1134     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1135     CheckInfo ci(pos);
1136
1137     while (   alpha < beta
1138            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1139            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1140     {
1141       assert(move_is_ok(move));
1142
1143       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1144       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1145       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1146
1147       // Step 11. Decide the new search depth
1148       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1149
1150       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1151       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1152       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1153       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1154           && tte
1155           && move == tte->move()
1156           && ext < OnePly
1157           && is_lower_bound(tte->type())
1158           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1159       {
1160           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1161
1162           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1163           {
1164               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1165
1166               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1167                   ext = OnePly;
1168           }
1169       }
1170
1171       newDepth = depth - OnePly + ext;
1172
1173       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1174       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1175
1176       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1177
1178       // Step 13. Make the move
1179       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1180
1181       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1182       // The first move in list is the expected PV
1183       if (moveCount == 1)
1184           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1185       else
1186       {
1187         // Step 14. Reduced search
1188         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1189         bool doFullDepthSearch = true;
1190
1191         if (    depth >= 3 * OnePly
1192             && !dangerous
1193             && !captureOrPromotion
1194             && !move_is_castle(move)
1195             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1196         {
1197             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1198             if (ss[ply].reduction)
1199             {
1200                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1201                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1202             }
1203         }
1204
1205         // Step 15. Full depth search
1206         if (doFullDepthSearch)
1207         {
1208             ss[ply].reduction = Depth(0);
1209             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1210
1211             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1212             if (value > alpha && value < beta)
1213                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1214         }
1215       }
1216
1217       // Step 16. Undo move
1218       pos.undo_move(move);
1219
1220       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1221
1222       // Step 17. Check for new best move
1223       if (value > bestValue)
1224       {
1225           bestValue = value;
1226           if (value > alpha)
1227           {
1228               alpha = value;
1229               update_pv(ss, ply);
1230               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1231                   ss[ply].mateKiller = move;
1232           }
1233       }
1234
1235       // Step 18. Check for split
1236       if (   TM.active_threads() > 1
1237           && bestValue < beta
1238           && depth >= MinimumSplitDepth
1239           && Iteration <= 99
1240           && TM.available_thread_exists(threadID)
1241           && !AbortSearch
1242           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1243           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1244                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1245           break;
1246     }
1247
1248     // Step 19. Check for mate and stalemate
1249     // All legal moves have been searched and if there were
1250     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1251     if (moveCount == 0)
1252         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1253
1254     // Step 20. Update tables
1255     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1256     // history counters, and killer moves.
1257     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1258         return bestValue;
1259
1260     if (bestValue <= oldAlpha)
1261         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1262
1263     else if (bestValue >= beta)
1264     {
1265         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1266         move = ss[ply].pv[ply];
1267         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1268         {
1269             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1270             update_killers(move, ss[ply]);
1271         }
1272         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1273     }
1274     else
1275         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1276
1277     return bestValue;
1278   }
1279
1280
1281   // search() is the search function for zero-width nodes.
1282
1283   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1284                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1285
1286     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1287     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1288     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1289
1290     Move movesSearched[256];
1291     EvalInfo ei;
1292     StateInfo st;
1293     const TTEntry* tte;
1294     Move ttMove, move;
1295     Depth ext, newDepth;
1296     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1297     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1298     bool mateThreat = false;
1299     int moveCount = 0;
1300     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1301
1302     if (depth < OnePly)
1303         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1304
1305     // Step 1. Initialize node and poll
1306     // Polling can abort search.
1307     init_node(ss, ply, threadID);
1308
1309     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1310     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1311         return Value(0);
1312
1313     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1314         return VALUE_DRAW;
1315
1316     // Step 3. Mate distance pruning
1317     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1318         return beta;
1319
1320     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1321         return beta - 1;
1322
1323     // Step 4. Transposition table lookup
1324
1325     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1326     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1327     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1328
1329     tte = TT.retrieve(posKey);
1330     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1331
1332     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1333     {
1334         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1335         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1336     }
1337
1338     // Step 5. Evaluate the position statically
1339     isCheck = pos.is_check();
1340
1341     if (!isCheck)
1342     {
1343         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1344             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1345         else
1346             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1347
1348         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1349         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1350     }
1351
1352     // Step 6. Razoring
1353     if (   !value_is_mate(beta)
1354         && !isCheck
1355         && depth < RazorDepth
1356         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1357         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1358         && ttMove == MOVE_NONE
1359         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1360     {
1361         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1362         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1363         if (v < rbeta)
1364             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1365             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1366             return v;
1367     }
1368
1369     // Step 7. Static null move pruning
1370     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1371     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
1372     if (    allowNullmove
1373         &&  depth < RazorDepth
1374         && !isCheck
1375         && !value_is_mate(beta)
1376         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1377         &&  refinedValue >= beta + futility_margin(depth, 0))
1378         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1379
1380     // Step 8. Null move search with verification search
1381     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1382     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1383     // NullMoveMargin under beta.
1384     if (    allowNullmove
1385         &&  depth > OnePly
1386         && !isCheck
1387         && !value_is_mate(beta)
1388         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1389         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1390     {
1391         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1392
1393         // Null move dynamic reduction based on depth
1394         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1395
1396         // Null move dynamic reduction based on value
1397         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1398             R++;
1399
1400         pos.do_null_move(st);
1401
1402         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1403
1404         pos.undo_null_move();
1405
1406         if (nullValue >= beta)
1407         {
1408             // Do not return unproven mate scores
1409             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
1410                 nullValue = beta;
1411
1412             if (depth < 6 * OnePly)
1413                 return nullValue;
1414
1415             // Do zugzwang verification search
1416             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1417             if (v >= beta)
1418                 return nullValue;
1419         } else {
1420             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1421             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1422             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1423             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1424             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1425             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1426             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1427                 mateThreat = true;
1428
1429             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1430             if (   depth < ThreatDepth
1431                 && ss[ply - 1].reduction
1432                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1433                 return beta - 1;
1434         }
1435     }
1436
1437     // Step 9. Internal iterative deepening
1438     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1439         && ttMove == MOVE_NONE
1440         && !isCheck
1441         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1442     {
1443         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1444         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1445         tte = TT.retrieve(posKey);
1446     }
1447
1448     // Step 10. Loop through moves
1449     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1450
1451     // Initialize a MovePicker object for the current position
1452     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1453     CheckInfo ci(pos);
1454
1455     while (   bestValue < beta
1456            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1457            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1458     {
1459       assert(move_is_ok(move));
1460
1461       if (move == excludedMove)
1462           continue;
1463
1464       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1465       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1466       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1467
1468       // Step 11. Decide the new search depth
1469       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1470
1471       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1472       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1473       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1474       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1475           && tte
1476           && move == tte->move()
1477           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1478           && ext < OnePly
1479           && is_lower_bound(tte->type())
1480           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1481       {
1482           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1483
1484           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1485           {
1486               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1487
1488               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1489                   ext = OnePly;
1490           }
1491       }
1492
1493       newDepth = depth - OnePly + ext;
1494
1495       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1496       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1497
1498       // Step 12. Futility pruning
1499       if (   !isCheck
1500           && !dangerous
1501           && !captureOrPromotion
1502           && !move_is_castle(move)
1503           &&  move != ttMove)
1504       {
1505           // Move count based pruning
1506           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1507               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1508               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1509               continue;
1510
1511           // Value based pruning
1512           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1513           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1514                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1515
1516           if (futilityValueScaled < beta)
1517           {
1518               if (futilityValueScaled > bestValue)
1519                   bestValue = futilityValueScaled;
1520               continue;
1521           }
1522       }
1523
1524       // Step 13. Make the move
1525       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1526
1527       // Step 14. Reduced search
1528       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1529       bool doFullDepthSearch = true;
1530
1531       if (    depth >= 3*OnePly
1532           && !dangerous
1533           && !captureOrPromotion
1534           && !move_is_castle(move)
1535           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1536       {
1537           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1538           if (ss[ply].reduction)
1539           {
1540               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1541               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1542           }
1543       }
1544
1545       // Step 15. Full depth search
1546       if (doFullDepthSearch)
1547       {
1548           ss[ply].reduction = Depth(0);
1549           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1550       }
1551
1552       // Step 16. Undo move
1553       pos.undo_move(move);
1554
1555       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1556
1557       // Step 17. Check for new best move
1558       if (value > bestValue)
1559       {
1560           bestValue = value;
1561           if (value >= beta)
1562               update_pv(ss, ply);
1563
1564           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1565               ss[ply].mateKiller = move;
1566       }
1567
1568       // Step 18. Check for split
1569       if (   TM.active_threads() > 1
1570           && bestValue < beta
1571           && depth >= MinimumSplitDepth
1572           && Iteration <= 99
1573           && TM.available_thread_exists(threadID)
1574           && !AbortSearch
1575           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1576           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1577                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1578           break;
1579     }
1580
1581     // Step 19. Check for mate and stalemate
1582     // All legal moves have been searched and if there were
1583     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1584     // If one move was excluded return fail low.
1585     if (!moveCount)
1586         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1587
1588     // Step 20. Update tables
1589     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1590     // history counters, and killer moves.
1591     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1592         return bestValue;
1593
1594     if (bestValue < beta)
1595         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1596     else
1597     {
1598         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1599         move = ss[ply].pv[ply];
1600         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1601         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1602         {
1603             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1604             update_killers(move, ss[ply]);
1605         }
1606
1607     }
1608
1609     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1610
1611     return bestValue;
1612   }
1613
1614
1615   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1616   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1617   // less than OnePly).
1618
1619   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1620                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1621
1622     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1623     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1624     assert(depth <= 0);
1625     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1626     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1627
1628     EvalInfo ei;
1629     StateInfo st;
1630     Move ttMove, move;
1631     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1632     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1633     const TTEntry* tte = NULL;
1634     int moveCount = 0;
1635     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1636     Value oldAlpha = alpha;
1637
1638     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1639     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1640     init_node(ss, ply, threadID);
1641
1642     // After init_node() that calls poll()
1643     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1644         return Value(0);
1645
1646     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1647         return VALUE_DRAW;
1648
1649     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1650     // pruning, but only for move ordering.
1651     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1652     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1653
1654     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1655     {
1656         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1657
1658         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1659         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1660     }
1661
1662     isCheck = pos.is_check();
1663
1664     // Evaluate the position statically
1665     if (isCheck)
1666         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1667     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1668         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1669     else
1670         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1671
1672     if (!isCheck)
1673     {
1674         ss[ply].eval = staticValue;
1675         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1676     }
1677
1678     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1679     // at least beta.
1680     bestValue = staticValue;
1681
1682     if (bestValue >= beta)
1683     {
1684         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1685         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1686             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1687
1688         return bestValue;
1689     }
1690
1691     if (bestValue > alpha)
1692         alpha = bestValue;
1693
1694     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1695     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1696
1697     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1698     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1699     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1700     // and we are near beta) will be generated.
1701     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1702     CheckInfo ci(pos);
1703     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1704     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1705
1706     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1707     // occurs.
1708     while (   alpha < beta
1709            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1710     {
1711       assert(move_is_ok(move));
1712
1713       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1714
1715       // Update current move
1716       moveCount++;
1717       ss[ply].currentMove = move;
1718
1719       // Futility pruning
1720       if (   enoughMaterial
1721           && !isCheck
1722           && !pvNode
1723           && !moveIsCheck
1724           &&  move != ttMove
1725           && !move_is_promotion(move)
1726           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1727       {
1728           futilityValue =  futilityBase
1729                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1730                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1731
1732           if (futilityValue < alpha)
1733           {
1734               if (futilityValue > bestValue)
1735                   bestValue = futilityValue;
1736               continue;
1737           }
1738       }
1739
1740       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1741       evasionPrunable =   isCheck
1742                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1743                        && !pos.move_is_capture(move)
1744                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1745                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1746
1747       // Don't search moves with negative SEE values
1748       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1749           && !pvNode
1750           &&  move != ttMove
1751           && !move_is_promotion(move)
1752           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1753           continue;
1754
1755       // Make and search the move
1756       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1757       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1758       pos.undo_move(move);
1759
1760       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1761
1762       // New best move?
1763       if (value > bestValue)
1764       {
1765           bestValue = value;
1766           if (value > alpha)
1767           {
1768               alpha = value;
1769               update_pv(ss, ply);
1770           }
1771        }
1772     }
1773
1774     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1775     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1776     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1777         return value_mated_in(ply);
1778
1779     // Update transposition table
1780     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1781     if (bestValue <= oldAlpha)
1782     {
1783         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1784         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1785         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1786         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1787     }
1788     else if (bestValue >= beta)
1789     {
1790         move = ss[ply].pv[ply];
1791         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1792
1793         // Update killers only for good checking moves
1794         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1795             update_killers(move, ss[ply]);
1796     }
1797     else
1798         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1799
1800     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1801
1802     return bestValue;
1803   }
1804
1805
1806   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1807   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1808   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1809   // table, done a null move search, and searched the first move before
1810   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1811   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1812   // care of after we return from the split point.
1813
1814   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1815
1816     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1817     assert(TM.active_threads() > 1);
1818
1819     StateInfo st;
1820     Move move;
1821     Depth ext, newDepth;
1822     Value value, futilityValueScaled;
1823     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1824     int moveCount;
1825     value = -VALUE_INFINITE;
1826
1827     Position pos(*sp->pos);
1828     CheckInfo ci(pos);
1829     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1830     isCheck = pos.is_check();
1831
1832     // Step 10. Loop through moves
1833     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1834     lock_grab(&(sp->lock));
1835
1836     while (    sp->bestValue < sp->beta
1837            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1838            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1839     {
1840       moveCount = ++sp->moves;
1841       lock_release(&(sp->lock));
1842
1843       assert(move_is_ok(move));
1844
1845       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1846       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1847
1848       // Step 11. Decide the new search depth
1849       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1850       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1851
1852       // Update current move
1853       ss[sp->ply].currentMove = move;
1854
1855       // Step 12. Futility pruning
1856       if (   !isCheck
1857           && !dangerous
1858           && !captureOrPromotion
1859           && !move_is_castle(move))
1860       {
1861           // Move count based pruning
1862           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1863               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1864               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1865           {
1866               lock_grab(&(sp->lock));
1867               continue;
1868           }
1869
1870           // Value based pruning
1871           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1872           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1873                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1874
1875           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1876           {
1877               lock_grab(&(sp->lock));
1878
1879               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1880                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1881               continue;
1882           }
1883       }
1884
1885       // Step 13. Make the move
1886       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1887
1888       // Step 14. Reduced search
1889       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1890       bool doFullDepthSearch = true;
1891
1892       if (   !dangerous
1893           && !captureOrPromotion
1894           && !move_is_castle(move)
1895           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1896       {
1897           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1898           if (ss[sp->ply].reduction)
1899           {
1900               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1901               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1902           }
1903       }
1904
1905       // Step 15. Full depth search
1906       if (doFullDepthSearch)
1907       {
1908           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1909           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1910       }
1911
1912       // Step 16. Undo move
1913       pos.undo_move(move);
1914
1915       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1916
1917       // Step 17. Check for new best move
1918       lock_grab(&(sp->lock));
1919
1920       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1921       {
1922           sp->bestValue = value;
1923           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1924           {
1925               sp->stopRequest = true;
1926               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1927           }
1928       }
1929     }
1930
1931     /* Here we have the lock still grabbed */
1932
1933     sp->slaves[threadID] = 0;
1934     sp->cpus--;
1935
1936     lock_release(&(sp->lock));
1937   }
1938
1939
1940   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1941   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1942   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1943   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1944   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1945   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1946   // after we return from the split point.
1947
1948   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1949
1950     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1951     assert(TM.active_threads() > 1);
1952
1953     StateInfo st;
1954     Move move;
1955     Depth ext, newDepth;
1956     Value value;
1957     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1958     int moveCount;
1959     value = -VALUE_INFINITE;
1960
1961     Position pos(*sp->pos);
1962     CheckInfo ci(pos);
1963     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1964
1965     // Step 10. Loop through moves
1966     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1967     lock_grab(&(sp->lock));
1968
1969     while (    sp->alpha < sp->beta
1970            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1971            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1972     {
1973       moveCount = ++sp->moves;
1974       lock_release(&(sp->lock));
1975
1976       assert(move_is_ok(move));
1977
1978       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1979       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1980
1981       // Step 11. Decide the new search depth
1982       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1983       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1984
1985       // Update current move
1986       ss[sp->ply].currentMove = move;
1987
1988       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1989
1990       // Step 13. Make the move
1991       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1992
1993       // Step 14. Reduced search
1994       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1995       bool doFullDepthSearch = true;
1996
1997       if (   !dangerous
1998           && !captureOrPromotion
1999           && !move_is_castle(move)
2000           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
2001       {
2002           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
2003           if (ss[sp->ply].reduction)
2004           {
2005               Value localAlpha = sp->alpha;
2006               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
2007               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
2008           }
2009       }
2010
2011       // Step 15. Full depth search
2012       if (doFullDepthSearch)
2013       {
2014           Value localAlpha = sp->alpha;
2015           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
2016           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
2017
2018           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
2019           {
2020               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
2021               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
2022               localAlpha = sp->alpha;
2023               if (localAlpha < sp->beta)
2024                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2025           }
2026       }
2027
2028       // Step 16. Undo move
2029       pos.undo_move(move);
2030
2031       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2032
2033       // Step 17. Check for new best move
2034       lock_grab(&(sp->lock));
2035
2036       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2037       {
2038           sp->bestValue = value;
2039           if (value > sp->alpha)
2040           {
2041               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2042               if (value >= sp->beta)
2043                   sp->stopRequest = true;
2044
2045               sp->alpha = value;
2046
2047               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2048               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2049                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2050           }
2051       }
2052     }
2053
2054     /* Here we have the lock still grabbed */
2055
2056     sp->slaves[threadID] = 0;
2057     sp->cpus--;
2058
2059     lock_release(&(sp->lock));
2060   }
2061
2062
2063   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2064   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2065   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2066   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2067   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2068
2069   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2070
2071     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2072     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2073
2074     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2075
2076     if (threadID == 0)
2077     {
2078         NodesSincePoll++;
2079         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2080         {
2081             poll(ss, ply);
2082             NodesSincePoll = 0;
2083         }
2084     }
2085     ss[ply].init(ply);
2086     ss[ply + 2].initKillers();
2087   }
2088
2089
2090   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2091   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2092   // current node.
2093
2094   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2095
2096     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2097
2098     int p;
2099
2100     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2101
2102     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2103         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2104
2105     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2106   }
2107
2108
2109   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2110   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2111   // the PV at the parent node.
2112
2113   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2114
2115     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2116
2117     int p;
2118
2119     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2120
2121     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2122         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2123
2124     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2125   }
2126
2127
2128   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2129   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2130   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2131   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2132   // second move is assumed to be a move from the current position.
2133
2134   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2135
2136     Square f1, t1, f2, t2;
2137     Piece p;
2138
2139     assert(move_is_ok(m1));
2140     assert(move_is_ok(m2));
2141
2142     if (m2 == MOVE_NONE)
2143         return false;
2144
2145     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2146     f2 = move_from(m2);
2147     t1 = move_to(m1);
2148     if (f2 == t1)
2149         return true;
2150
2151     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2152     t2 = move_to(m2);
2153     f1 = move_from(m1);
2154     if (t2 == f1)
2155         return true;
2156
2157     // Case 3: Moving through the vacated square
2158     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2159         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2160       return true;
2161
2162     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2163     p = pos.piece_on(t1);
2164     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2165         return true;
2166
2167     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2168     if (    piece_is_slider(p)
2169         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2170         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2171     {
2172         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2173         // move is the opposite of the checking piece.
2174         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2175         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2176
2177         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2178             return true;
2179     }
2180     return false;
2181   }
2182
2183
2184   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2185   // eventually compensated for the ply.
2186
2187   bool value_is_mate(Value value) {
2188
2189     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2190
2191     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2192           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2193   }
2194
2195
2196   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2197   // killer moves of that ply.
2198
2199   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2200
2201       const Move* k = ss.killers;
2202       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2203           if (*k == m)
2204               return true;
2205
2206       return false;
2207   }
2208
2209
2210   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2211   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2212   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2213   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2214   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2215   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2216
2217   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2218                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2219
2220     assert(m != MOVE_NONE);
2221
2222     Depth result = Depth(0);
2223     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2224
2225     if (*dangerous)
2226     {
2227         if (moveIsCheck)
2228             result += CheckExtension[pvNode];
2229
2230         if (singleEvasion)
2231             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2232
2233         if (mateThreat)
2234             result += MateThreatExtension[pvNode];
2235     }
2236
2237     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2238     {
2239         Color c = pos.side_to_move();
2240         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2241         {
2242             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2243             *dangerous = true;
2244         }
2245         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2246         {
2247             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2248             *dangerous = true;
2249         }
2250     }
2251
2252     if (   captureOrPromotion
2253         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2254         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2255             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2256         && !move_is_promotion(m)
2257         && !move_is_ep(m))
2258     {
2259         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2260         *dangerous = true;
2261     }
2262
2263     if (   pvNode
2264         && captureOrPromotion
2265         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2266         && pos.see_sign(m) >= 0)
2267     {
2268         result += OnePly/2;
2269         *dangerous = true;
2270     }
2271
2272     return Min(result, OnePly);
2273   }
2274
2275
2276   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2277   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2278   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2279   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2280   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2281   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2282   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2283
2284   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2285
2286     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2287   }
2288
2289
2290   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2291   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2292   // candidates for pruning.
2293
2294   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2295
2296     assert(move_is_ok(m));
2297     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2298     assert(!pos.move_is_check(m));
2299     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2300     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2301
2302     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2303
2304     // Prune if there isn't any threat move
2305     if (threat == MOVE_NONE)
2306         return true;
2307
2308     mfrom = move_from(m);
2309     mto = move_to(m);
2310     tfrom = move_from(threat);
2311     tto = move_to(threat);
2312
2313     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2314     if (mfrom == tto)
2315         return false;
2316
2317     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2318     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2319     if (   pos.move_is_capture(threat)
2320         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2321             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2322         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2323         return false;
2324
2325     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2326     // prune safe moves which block its ray.
2327     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2328         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2329         && pos.see_sign(m) >= 0)
2330         return false;
2331
2332     return true;
2333   }
2334
2335
2336   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2337   // can be used at a given point in search.
2338
2339   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2340
2341     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2342
2343     return   (   tte->depth() >= depth
2344               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2345               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2346
2347           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2348               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2349   }
2350
2351
2352   // refine_eval() returns the transposition table score if
2353   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2354
2355   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2356
2357       if (!tte)
2358           return defaultEval;
2359
2360       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2361
2362       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2363           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2364           return v;
2365
2366       return defaultEval;
2367   }
2368
2369
2370   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2371   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2372
2373   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2374                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2375
2376     Move m;
2377
2378     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2379
2380     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2381     {
2382         m = movesSearched[i];
2383
2384         assert(m != move);
2385
2386         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2387             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2388     }
2389   }
2390
2391
2392   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2393   // among the killer moves of that ply.
2394
2395   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2396
2397     if (m == ss.killers[0])
2398         return;
2399
2400     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2401         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2402
2403     ss.killers[0] = m;
2404   }
2405
2406
2407   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2408   // the static position evaluation before and after the move.
2409
2410   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2411
2412     if (   m != MOVE_NULL
2413         && before != VALUE_NONE
2414         && after != VALUE_NONE
2415         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2416         && !move_is_castle(m)
2417         && !move_is_promotion(m))
2418         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2419   }
2420
2421
2422   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2423   // since the beginning of the current search.
2424
2425   int current_search_time() {
2426
2427     return get_system_time() - SearchStartTime;
2428   }
2429
2430
2431   // nps() computes the current nodes/second count.
2432
2433   int nps() {
2434
2435     int t = current_search_time();
2436     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2437   }
2438
2439
2440   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2441   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2442   // search.
2443
2444   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2445
2446     static int lastInfoTime;
2447     int t = current_search_time();
2448
2449     //  Poll for input
2450     if (Bioskey())
2451     {
2452         // We are line oriented, don't read single chars
2453         std::string command;
2454
2455         if (!std::getline(std::cin, command))
2456             command = "quit";
2457
2458         if (command == "quit")
2459         {
2460             AbortSearch = true;
2461             PonderSearch = false;
2462             Quit = true;
2463             return;
2464         }
2465         else if (command == "stop")
2466         {
2467             AbortSearch = true;
2468             PonderSearch = false;
2469         }
2470         else if (command == "ponderhit")
2471             ponderhit();
2472     }
2473
2474     // Print search information
2475     if (t < 1000)
2476         lastInfoTime = 0;
2477
2478     else if (lastInfoTime > t)
2479         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2480         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2481         lastInfoTime = 0;
2482
2483     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2484     {
2485         lastInfoTime = t;
2486
2487         if (dbg_show_mean)
2488             dbg_print_mean();
2489
2490         if (dbg_show_hit_rate)
2491             dbg_print_hit_rate();
2492
2493         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2494              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2495
2496         // We only support current line printing in single thread mode
2497         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2498         {
2499             cout << "info currline";
2500             for (int p = 0; p < ply; p++)
2501                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2502
2503             cout << endl;
2504         }
2505     }
2506
2507     // Should we stop the search?
2508     if (PonderSearch)
2509         return;
2510
2511     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2512                            && !AspirationFailLow
2513                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2514
2515     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2516                      || stillAtFirstMove;
2517
2518     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2519         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2520         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2521         AbortSearch = true;
2522   }
2523
2524
2525   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2526   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2527   // it correctly predicted the opponent's move.
2528
2529   void ponderhit() {
2530
2531     int t = current_search_time();
2532     PonderSearch = false;
2533
2534     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2535                            && !AspirationFailLow
2536                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2537
2538     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2539                      || stillAtFirstMove;
2540
2541     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2542         AbortSearch = true;
2543   }
2544
2545
2546   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2547
2548   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2549
2550     for (int i = 0; i < 3; i++)
2551     {
2552         ss[i].init(i);
2553         ss[i].initKillers();
2554     }
2555   }
2556
2557
2558   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2559   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2560   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2561   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2562   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2563   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2564
2565   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2566
2567     std::string command;
2568
2569     while (true)
2570     {
2571         if (!std::getline(std::cin, command))
2572             command = "quit";
2573
2574         if (command == "quit")
2575         {
2576             Quit = true;
2577             break;
2578         }
2579         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2580             break;
2581     }
2582   }
2583
2584
2585   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2586   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2587
2588   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2589
2590     cout << "info depth " << Iteration
2591          << " score " << value_to_string(value)
2592          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2593             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2594          << " time "  << current_search_time()
2595          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2596          << " nps "   << nps()
2597          << " pv ";
2598
2599     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2600         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2601
2602     cout << endl;
2603
2604     if (UseLogFile)
2605     {
2606         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2607             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2608
2609         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2610                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2611     }
2612   }
2613
2614
2615   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2616   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2617   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2618   // threads and one for Windows threads.
2619
2620 #if !defined(_MSC_VER)
2621
2622   void* init_thread(void *threadID) {
2623
2624     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2625     return NULL;
2626   }
2627
2628 #else
2629
2630   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2631
2632     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2633     return 0;
2634   }
2635
2636 #endif
2637
2638
2639   /// The ThreadsManager class
2640
2641   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2642   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2643   // counters used to sort the moves at root.
2644
2645   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2646
2647     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2648         threads[i].nodes = 0ULL;
2649   }
2650
2651   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2652
2653     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2654         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2655   }
2656
2657   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2658
2659     int64_t result = 0ULL;
2660     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2661         result += threads[i].nodes;
2662
2663     return result;
2664   }
2665
2666   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2667
2668     our = their = 0UL;
2669     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2670     {
2671         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2672         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2673     }
2674   }
2675
2676
2677   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2678   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2679   // object for which the current thread is the master.
2680
2681   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2682
2683     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2684
2685     while (true)
2686     {
2687         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2688         // master should exit as last one.
2689         if (AllThreadsShouldExit)
2690         {
2691             assert(!waitSp);
2692             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2693             return;
2694         }
2695
2696         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2697         // instead of wasting CPU time polling for work.
2698         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2699         {
2700             assert(!waitSp);
2701             assert(threadID != 0);
2702             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2703
2704 #if !defined(_MSC_VER)
2705             lock_grab(&WaitLock);
2706             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2707                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2708             lock_release(&WaitLock);
2709 #else
2710             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2711 #endif
2712         }
2713
2714         // If thread has just woken up, mark it as available
2715         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2716             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2717
2718         // If this thread has been assigned work, launch a search
2719         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2720         {
2721             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2722
2723             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2724
2725             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2726                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2727             else
2728                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2729
2730             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2731
2732             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2733         }
2734
2735         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2736         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2737         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2738         {
2739             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2740
2741             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2742             return;
2743         }
2744     }
2745   }
2746
2747
2748   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2749   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2750   // objects.
2751
2752   void ThreadsManager::init_threads() {
2753
2754     volatile int i;
2755     bool ok;
2756
2757 #if !defined(_MSC_VER)
2758     pthread_t pthread[1];
2759 #endif
2760
2761     // Initialize global locks
2762     lock_init(&MPLock, NULL);
2763     lock_init(&WaitLock, NULL);
2764
2765 #if !defined(_MSC_VER)
2766     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2767 #else
2768     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2769         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2770 #endif
2771
2772     // Initialize SplitPointStack locks
2773     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2774         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2775         {
2776             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2777             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2778         }
2779
2780     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2781     AllThreadsShouldExit = false;
2782
2783     // Threads will be put to sleep as soon as created
2784     AllThreadsShouldSleep = true;
2785
2786     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2787     ActiveThreads = 1;
2788     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2789     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2790         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2791
2792     // Launch the helper threads
2793     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2794     {
2795
2796 #if !defined(_MSC_VER)
2797         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2798 #else
2799         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2800 #endif
2801
2802         if (!ok)
2803         {
2804             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2805             Application::exit_with_failure();
2806         }
2807
2808         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2809         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2810     }
2811   }
2812
2813
2814   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2815   // helper threads exit cleanly.
2816
2817   void ThreadsManager::exit_threads() {
2818
2819     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2820     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2821     wake_sleeping_threads();
2822
2823     // This makes the threads to exit idle_loop()
2824     AllThreadsShouldExit = true;
2825
2826     // Wait for thread termination
2827     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2828         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2829
2830     // Now we can safely destroy the locks
2831     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2832         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2833             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2834
2835     lock_destroy(&WaitLock);
2836     lock_destroy(&MPLock);
2837   }
2838
2839
2840   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2841   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2842   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2843
2844   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2845
2846     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2847
2848     SplitPoint* sp;
2849
2850     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2851     return sp != NULL;
2852   }
2853
2854
2855   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2856   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2857   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2858   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2859   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2860   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2861   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2862
2863   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2864
2865     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2866     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2867     assert(ActiveThreads > 1);
2868
2869     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2870         return false;
2871
2872     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2873     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2874
2875     if (localActiveSplitPoints == 0)
2876         // No active split points means that the thread is available as
2877         // a slave for any other thread.
2878         return true;
2879
2880     if (ActiveThreads == 2)
2881         return true;
2882
2883     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2884     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2885     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2886     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2887         return true;
2888
2889     return false;
2890   }
2891
2892
2893   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2894   // a slave for the thread with threadID "master".
2895
2896   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2897
2898     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2899     assert(ActiveThreads > 1);
2900
2901     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2902         if (thread_is_available(i, master))
2903             return true;
2904
2905     return false;
2906   }
2907
2908
2909   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2910   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2911   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2912   // split point objects), the function immediately returns false. If
2913   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2914   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2915   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2916   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2917   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2918   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2919   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2920
2921   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2922              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2923              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2924
2925     assert(p.is_ok());
2926     assert(sstck != NULL);
2927     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2928     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2929     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2930            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2931     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2932     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2933     assert(depth > Depth(0));
2934     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2935     assert(ActiveThreads > 1);
2936
2937     SplitPoint* splitPoint;
2938
2939     lock_grab(&MPLock);
2940
2941     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2942     // active split points, don't split.
2943     if (   !available_thread_exists(master)
2944         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2945     {
2946         lock_release(&MPLock);
2947         return false;
2948     }
2949
2950     // Pick the next available split point object from the split point stack
2951     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2952
2953     // Initialize the split point object
2954     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2955     splitPoint->stopRequest = false;
2956     splitPoint->ply = ply;
2957     splitPoint->depth = depth;
2958     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2959     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2960     splitPoint->beta = beta;
2961     splitPoint->pvNode = pvNode;
2962     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2963     splitPoint->master = master;
2964     splitPoint->mp = mp;
2965     splitPoint->moves = *moves;
2966     splitPoint->cpus = 1;
2967     splitPoint->pos = &p;
2968     splitPoint->parentSstack = sstck;
2969     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2970         splitPoint->slaves[i] = 0;
2971
2972     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2973     threads[master].activeSplitPoints++;
2974
2975     // If we are here it means we are not available
2976     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2977
2978     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2979     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2980         if (thread_is_available(i, master))
2981         {
2982             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2983             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2984             splitPoint->slaves[i] = 1;
2985             splitPoint->cpus++;
2986         }
2987
2988     assert(splitPoint->cpus > 1);
2989
2990     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2991     lock_release(&MPLock);
2992
2993     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2994     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2995     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2996         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2997         {
2998             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2999
3000             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
3001
3002             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
3003         }
3004
3005     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
3006     // which it will instantly launch a search, because its state is
3007     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
3008     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
3009     // loop when all threads have finished their work at this split point
3010     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
3011     idle_loop(master, splitPoint);
3012
3013     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
3014     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
3015     lock_grab(&MPLock);
3016
3017     if (pvNode)
3018         *alpha = splitPoint->alpha;
3019
3020     *bestValue = splitPoint->bestValue;
3021     threads[master].activeSplitPoints--;
3022     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
3023
3024     lock_release(&MPLock);
3025     return true;
3026   }
3027
3028
3029   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
3030   // to start a new search from the root.
3031
3032   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3033
3034     assert(AllThreadsShouldSleep);
3035     assert(ActiveThreads > 0);
3036
3037     AllThreadsShouldSleep = false;
3038
3039     if (ActiveThreads == 1)
3040         return;
3041
3042 #if !defined(_MSC_VER)
3043     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3044     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3045     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3046 #else
3047     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3048         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3049 #endif
3050
3051   }
3052
3053
3054   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3055   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3056   // finished the job and should be idle.
3057
3058   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3059
3060     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3061
3062     // This makes the threads to go to sleep
3063     AllThreadsShouldSleep = true;
3064   }
3065
3066   /// The RootMoveList class
3067
3068   // RootMoveList c'tor
3069
3070   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3071
3072     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3073     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3074     StateInfo st;
3075     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3076
3077     // Generate all legal moves
3078     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3079
3080     // Add each move to the moves[] array
3081     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3082     {
3083         bool includeMove = includeAllMoves;
3084
3085         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3086             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3087
3088         if (!includeMove)
3089             continue;
3090
3091         // Find a quick score for the move
3092         init_ss_array(ss);
3093         pos.do_move(cur->move, st);
3094         moves[count].move = cur->move;
3095         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3096         moves[count].pv[0] = cur->move;
3097         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3098         pos.undo_move(cur->move);
3099         count++;
3100     }
3101     sort();
3102   }
3103
3104
3105   // RootMoveList simple methods definitions
3106
3107   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3108
3109     moves[moveNum].nodes = nodes;
3110     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3111   }
3112
3113   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3114
3115     moves[moveNum].ourBeta = our;
3116     moves[moveNum].theirBeta = their;
3117   }
3118
3119   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3120
3121     int j;
3122
3123     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3124         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3125
3126     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3127   }
3128
3129
3130   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3131   // iteration.
3132
3133   void RootMoveList::sort() {
3134
3135     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3136   }
3137
3138
3139   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3140   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3141   // correctly in MultiPV mode.
3142
3143   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3144
3145     int i,j;
3146
3147     for (i = 1; i <= n; i++)
3148     {
3149         RootMove rm = moves[i];
3150         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3151             moves[j] = moves[j - 1];
3152
3153         moves[j] = rm;
3154     }
3155   }
3156
3157 } // namspace