933b403070c7b42689544fc962a19525e236bfb3
[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 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>
23 #include <fstream>
24 #include <iomanip>
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27 #include <vector>
28
29 #include "book.h"
30 #include "evaluate.h"
31 #include "history.h"
32 #include "misc.h"
33 #include "move.h"
34 #include "movegen.h"
35 #include "movepick.h"
36 #include "search.h"
37 #include "timeman.h"
38 #include "thread.h"
39 #include "tt.h"
40 #include "ucioption.h"
41
42 using std::cout;
43 using std::endl;
44 using std::string;
45
46 namespace {
47
48   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
49   const bool FakeSplit = false;
50
51   // Different node types, used as template parameter
52   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
53
54   // RootMove struct is used for moves at the root of the tree. For each root
55   // move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
56   // in the case of moves which fail low). Score is normally set at
57   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves.
58   struct RootMove {
59
60     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
61     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
62     // than a move m2 if it has an higher score
63     bool operator<(const RootMove& m) const { return score < m.score; }
64
65     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
66     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
67
68     int64_t nodes;
69     Value score;
70     Value prevScore;
71     std::vector<Move> pv;
72   };
73
74   // RootMoveList struct is mainly a std::vector of RootMove objects
75   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
76
77     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
78     RootMove* find(const Move& m, int startIndex = 0);
79
80     int bestMoveChanges;
81   };
82
83
84   /// Constants
85
86   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
87   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
88   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
89
90   // Step 6. Razoring
91
92   // Maximum depth for razoring
93   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
94
95   // Dynamic razoring margin based on depth
96   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
97
98   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
99   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
100
101   // Step 9. Internal iterative deepening
102
103   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
104   const Depth IIDDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 5 * ONE_PLY };
105
106   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
107   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
108   const Value IIDMargin = Value(0x100);
109
110   // Step 11. Decide the new search depth
111
112   // Extensions. Array index 0 is used for non-PV nodes, index 1 for PV nodes
113   const Depth CheckExtension[]         = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 1 };
114   const Depth PawnEndgameExtension[]   = { ONE_PLY / 1, ONE_PLY / 1 };
115   const Depth PawnPushTo7thExtension[] = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 2 };
116   const Depth PassedPawnExtension[]    = {  DEPTH_ZERO, ONE_PLY / 2 };
117
118   // Minimum depth for use of singular extension
119   const Depth SingularExtensionDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 6 * ONE_PLY };
120
121   // Step 12. Futility pruning
122
123   // Futility margin for quiescence search
124   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
125
126   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
127   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
128   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
129
130   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
131
132     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[Max(d, 1)][Min(mn, 63)]
133                            : 2 * VALUE_INFINITE;
134   }
135
136   inline int futility_move_count(Depth d) {
137
138     return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCounts[d] : MAX_MOVES;
139   }
140
141   // Step 14. Reduced search
142
143   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
144   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
145
146   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
147
148     return (Depth) Reductions[PvNode][Min(d / ONE_PLY, 63)][Min(mn, 63)];
149   }
150
151   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
152   // better than the second best move.
153   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
154
155
156   /// Namespace variables
157
158   // Root move list
159   RootMoveList Rml;
160
161   // MultiPV mode
162   int MultiPV, UCIMultiPV, MultiPVIteration;
163
164   // Time management variables
165   bool StopOnPonderhit, FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
166   TimeManager TimeMgr;
167   SearchLimits Limits;
168
169   // Log file
170   std::ofstream LogFile;
171
172   // Skill level adjustment
173   int SkillLevel;
174   bool SkillLevelEnabled;
175
176   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
177   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
178   bool SendSearchedNodes;
179   int NodesSincePoll;
180   int NodesBetweenPolls = 30000;
181
182   // History table
183   History H;
184
185
186   /// Local functions
187
188   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
189
190   template <NodeType NT>
191   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
192
193   template <NodeType NT>
194   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
195
196   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
197   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
198   Value value_to_tt(Value v, int ply);
199   Value value_from_tt(Value v, int ply);
200   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
201   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
202   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
203   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
204   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
205   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder);
206
207   int current_search_time(int set = 0);
208   string score_to_uci(Value v, Value alpha = -VALUE_INFINITE, Value beta = VALUE_INFINITE);
209   string speed_to_uci(int64_t nodes);
210   string pv_to_uci(const Move pv[], int pvNum, bool chess960);
211   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value score, int time, Move pv[]);
212   string depth_to_uci(Depth depth);
213   void poll(const Position& pos);
214   void wait_for_stop_or_ponderhit();
215
216   // MovePickerExt template class extends MovePicker and allows to choose at compile
217   // time the proper moves source according to the type of node. In the default case
218   // we simply create and use a standard MovePicker object.
219   template<bool SpNode> struct MovePickerExt : public MovePicker {
220
221     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
222                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
223   };
224
225   // In case of a SpNode we use split point's shared MovePicker object as moves source
226   template<> struct MovePickerExt<true> : public MovePicker {
227
228     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
229                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
230
231     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
232     MovePicker* mp;
233   };
234
235   // Overload operator<<() to make it easier to print moves in a coordinate
236   // notation compatible with UCI protocol.
237   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
238
239     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
240     return os << move_to_uci(m, chess960);
241   }
242
243   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
244   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
245   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
246   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
247   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
248   // operator<<() that will read it to properly format castling moves.
249   enum set960 {};
250
251   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
252
253     os.iword(0) = int(f);
254     return os;
255   }
256
257   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
258   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
259   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
260   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
261   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
262   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
263   template <bool PvNode>
264   FORCE_INLINE Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
265                                bool moveIsCheck, bool* dangerous) {
266     assert(m != MOVE_NONE);
267
268     Depth result = DEPTH_ZERO;
269     *dangerous = moveIsCheck;
270
271     if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
272         result += CheckExtension[PvNode];
273
274     if (piece_type(pos.piece_on(move_from(m))) == PAWN)
275     {
276         Color c = pos.side_to_move();
277         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
278         {
279             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
280             *dangerous = true;
281         }
282         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
283         {
284             result += PassedPawnExtension[PvNode];
285             *dangerous = true;
286         }
287     }
288
289     if (   captureOrPromotion
290         && piece_type(pos.piece_on(move_to(m))) != PAWN
291         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
292             - piece_value_midgame(pos.piece_on(move_to(m))) == VALUE_ZERO)
293         && !move_is_special(m))
294     {
295         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
296         *dangerous = true;
297     }
298
299     return Min(result, ONE_PLY);
300   }
301
302 } // namespace
303
304
305 /// init_search() is called during startup to initialize various lookup tables
306
307 void init_search() {
308
309   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
310   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
311   int mc; // moveCount
312
313   // Init reductions array
314   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
315   {
316       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
317       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
318       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
319       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
320   }
321
322   // Init futility margins array
323   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
324       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
325
326   // Init futility move count array
327   for (d = 0; d < 32; d++)
328       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
329 }
330
331
332 /// perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up to
333 /// the given depth are generated and counted and the sum returned.
334
335 int64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
336
337   StateInfo st;
338   int64_t sum = 0;
339
340   // Generate all legal moves
341   MoveList<MV_LEGAL> ml(pos);
342
343   // If we are at the last ply we don't need to do and undo
344   // the moves, just to count them.
345   if (depth <= ONE_PLY)
346       return ml.size();
347
348   // Loop through all legal moves
349   CheckInfo ci(pos);
350   for ( ; !ml.end(); ++ml)
351   {
352       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
353       sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
354       pos.undo_move(ml.move());
355   }
356   return sum;
357 }
358
359
360 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
361 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various global
362 /// variables, and calls id_loop(). It returns false when a "quit" command is
363 /// received during the search.
364
365 bool think(Position& pos, const SearchLimits& limits, Move searchMoves[]) {
366
367   static Book book;
368
369   // Initialize global search-related variables
370   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
371   NodesSincePoll = 0;
372   current_search_time(get_system_time());
373   Limits = limits;
374   TimeMgr.init(Limits, pos.startpos_ply_counter());
375
376   // Set output steram in normal or chess960 mode
377   cout << set960(pos.is_chess960());
378
379   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under time pressure
380   if (Limits.maxNodes)
381       NodesBetweenPolls = Min(Limits.maxNodes, 30000);
382   else if (Limits.time && Limits.time < 1000)
383       NodesBetweenPolls = 1000;
384   else if (Limits.time && Limits.time < 5000)
385       NodesBetweenPolls = 5000;
386   else
387       NodesBetweenPolls = 30000;
388
389   // Look for a book move
390   if (Options["OwnBook"].value<bool>())
391   {
392       if (Options["Book File"].value<string>() != book.name())
393           book.open(Options["Book File"].value<string>());
394
395       Move bookMove = book.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
396       if (bookMove != MOVE_NONE)
397       {
398           if (Limits.ponder)
399               wait_for_stop_or_ponderhit();
400
401           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
402           return !QuitRequest;
403       }
404   }
405
406   // Read UCI options
407   UCIMultiPV = Options["MultiPV"].value<int>();
408   SkillLevel = Options["Skill Level"].value<int>();
409
410   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
411   Threads.read_uci_options();
412
413   // If needed allocate pawn and material hash tables and adjust TT size
414   Threads.init_hash_tables();
415   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
416
417   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
418   {
419       Options["Clear Hash"].set_value("false");
420       TT.clear();
421   }
422
423   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
424   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
425   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
426   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? Max(UCIMultiPV, 4) : UCIMultiPV);
427
428   // Wake up needed threads and reset maxPly counter
429   for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
430   {
431       Threads[i].wake_up();
432       Threads[i].maxPly = 0;
433   }
434
435   // Write to log file and keep it open to be accessed during the search
436   if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
437   {
438       string name = Options["Search Log Filename"].value<string>();
439       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
440
441       if (LogFile.is_open())
442           LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
443                   << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
444                   << " ponder: "      << Limits.ponder
445                   << " time: "        << Limits.time
446                   << " increment: "   << Limits.increment
447                   << " moves to go: " << Limits.movesToGo
448                   << endl;
449   }
450
451   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
452   Move ponderMove = MOVE_NONE;
453   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
454
455   // Write final search statistics and close log file
456   if (LogFile.is_open())
457   {
458       int t = current_search_time();
459
460       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
461               << "\nNodes/second: " << (t > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / t : 0)
462               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
463
464       StateInfo st;
465       pos.do_move(bestMove, st);
466       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
467       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
468       LogFile.close();
469   }
470
471   // This makes all the threads to go to sleep
472   Threads.set_size(1);
473
474   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
475   // best move before we are told to do so.
476   if (!StopRequest && (Limits.ponder || Limits.infinite))
477       wait_for_stop_or_ponderhit();
478
479   // Could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
480   cout << "bestmove " << bestMove;
481
482   // UCI protol is not clear on allowing sending an empty ponder move, instead
483   // it is clear that ponder move is optional. So skip it if empty.
484   if (ponderMove != MOVE_NONE)
485       cout << " ponder " << ponderMove;
486
487   cout << endl;
488
489   return !QuitRequest;
490 }
491
492
493 namespace {
494
495   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
496   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
497   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
498
499   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
500
501     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
502     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
503     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
504     int depth, aspirationDelta;
505     Value value, alpha, beta;
506     Move bestMove, easyMove, skillBest, skillPonder;
507
508     // Initialize stuff before a new search
509     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
510     TT.new_search();
511     H.clear();
512     *ponderMove = bestMove = easyMove = skillBest = skillPonder = MOVE_NONE;
513     depth = aspirationDelta = 0;
514     value = alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
515     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
516
517     // Moves to search are verified and copied
518     Rml.init(pos, searchMoves);
519
520     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
521     if (!Rml.size())
522     {
523         cout << "info" << depth_to_uci(DEPTH_ZERO)
524              << score_to_uci(pos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW, alpha, beta) << endl;
525
526         return MOVE_NONE;
527     }
528
529     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
530     while (!StopRequest && ++depth <= PLY_MAX && (!Limits.maxDepth || depth <= Limits.maxDepth))
531     {
532         // Save last iteration's scores, this needs to be done now, because in
533         // the following MultiPV loop Rml moves could be reordered.
534         for (size_t i = 0; i < Rml.size(); i++)
535             Rml[i].prevScore = Rml[i].score;
536
537         Rml.bestMoveChanges = 0;
538
539         // MultiPV iteration loop
540         for (MultiPVIteration = 0; MultiPVIteration < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); MultiPVIteration++)
541         {
542             // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
543             if (depth >= 5 && abs(Rml[MultiPVIteration].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
544             {
545                 int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
546                 int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
547
548                 aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
549                 aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
550
551                 alpha = Max(Rml[MultiPVIteration].prevScore - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
552                 beta  = Min(Rml[MultiPVIteration].prevScore + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
553             }
554             else
555             {
556                 alpha = -VALUE_INFINITE;
557                 beta  =  VALUE_INFINITE;
558             }
559
560             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
561             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
562             do {
563                 // Search starting from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
564                 // needed by update_gains() and ss copy when splitting at Root.
565                 value = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
566
567                 // It is critical that sorting is done with a stable algorithm
568                 // because all the values but the first are usually set to
569                 // -VALUE_INFINITE and we want to keep the same order for all
570                 // the moves but the new PV that goes to head.
571                 sort<RootMove>(Rml.begin() + MultiPVIteration, Rml.end());
572
573                 // In case we have found an exact score reorder the PV moves
574                 // before leaving the fail high/low loop, otherwise leave the
575                 // last PV move in its position so to be searched again.
576                 if (value > alpha && value < beta)
577                     sort<RootMove>(Rml.begin(), Rml.begin() + MultiPVIteration);
578
579                 // Write PV back to transposition table in case the relevant entries
580                 // have been overwritten during the search.
581                 for (int i = 0; i <= MultiPVIteration; i++)
582                     Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
583
584                 // Value cannot be trusted. Break out immediately!
585                 if (StopRequest)
586                     break;
587
588                 // Send full PV info to GUI if we are going to leave the loop or
589                 // if we have a fail high/low and we are deep in the search.
590                 if ((value > alpha && value < beta) || current_search_time() > 2000)
591                     for (int i = 0; i < Min(UCIMultiPV, MultiPVIteration + 1); i++)
592                         cout << "info"
593                              << depth_to_uci(depth * ONE_PLY)
594                              << (i == MultiPVIteration ? score_to_uci(Rml[i].score, alpha, beta) :
595                                                          score_to_uci(Rml[i].score))
596                              << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
597                              << pv_to_uci(&Rml[i].pv[0], i + 1, pos.is_chess960())
598                              << endl;
599
600                 // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
601                 // otherwise exit the fail high/low loop.
602                 if (value >= beta)
603                 {
604                     beta = Min(beta + aspirationDelta, VALUE_INFINITE);
605                     aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
606                 }
607                 else if (value <= alpha)
608                 {
609                     AspirationFailLow = true;
610                     StopOnPonderhit = false;
611
612                     alpha = Max(alpha - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
613                     aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
614                 }
615                 else
616                     break;
617
618             } while (abs(value) < VALUE_KNOWN_WIN);
619         }
620
621         // Collect info about search result
622         bestMove = Rml[0].pv[0];
623         *ponderMove = Rml[0].pv[1];
624         bestValues[depth] = value;
625         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
626
627         // Do we need to pick now the best and the ponder moves ?
628         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
629             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
630
631         if (LogFile.is_open())
632             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), &Rml[0].pv[0]) << endl;
633
634         // Init easyMove after first iteration or drop if differs from the best move
635         if (depth == 1 && (Rml.size() == 1 || Rml[0].score > Rml[1].score + EasyMoveMargin))
636             easyMove = bestMove;
637         else if (bestMove != easyMove)
638             easyMove = MOVE_NONE;
639
640         // Check for some early stop condition
641         if (!StopRequest && Limits.useTimeManagement())
642         {
643             // Stop search early if one move seems to be much better than the
644             // others or if there is only a single legal move. Also in the latter
645             // case we search up to some depth anyway to get a proper score.
646             if (   depth >= 7
647                 && easyMove == bestMove
648                 && (   Rml.size() == 1
649                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
650                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
651                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
652                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
653                 StopRequest = true;
654
655             // Take in account some extra time if the best move has changed
656             if (depth > 4 && depth < 50)
657                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth - 1]);
658
659             // Stop search if most of available time is already consumed. We probably don't
660             // have enough time to search the first move at the next iteration anyway.
661             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
662                 StopRequest = true;
663
664             // If we are allowed to ponder do not stop the search now but keep pondering
665             if (StopRequest && Limits.ponder)
666             {
667                 StopRequest = false;
668                 StopOnPonderhit = true;
669             }
670         }
671     }
672
673     // When using skills overwrite best and ponder moves with the sub-optimal ones
674     if (SkillLevelEnabled)
675     {
676         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
677             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
678
679         bestMove = skillBest;
680         *ponderMove = skillPonder;
681     }
682
683     return bestMove;
684   }
685
686
687   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
688   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
689   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
690   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
691   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
692   // here: This is taken care of after we return from the split point.
693
694   template <NodeType NT>
695   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
696
697     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
698     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
699     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
700
701     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
702     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
703     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
704     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
705
706     Move movesSearched[MAX_MOVES];
707     int64_t nodes;
708     StateInfo st;
709     const TTEntry *tte;
710     Key posKey;
711     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
712     Depth ext, newDepth;
713     ValueType vt;
714     Value bestValue, value, oldAlpha;
715     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValue;
716     bool isPvMove, inCheck, singularExtensionNode, givesCheck, captureOrPromotion, dangerous;
717     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
718     Thread& thread = Threads[pos.thread()];
719     SplitPoint* sp = NULL;
720
721     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
722     oldAlpha = alpha;
723     inCheck = pos.in_check();
724     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
725
726     // Used to send selDepth info to GUI
727     if (PvNode && thread.maxPly < ss->ply)
728         thread.maxPly = ss->ply;
729
730     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
731     if (!SpNode)
732     {
733         ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
734         (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
735         (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
736     }
737     else
738     {
739         sp = ss->sp;
740         tte = NULL;
741         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
742         threatMove = sp->threatMove;
743         goto split_point_start;
744     }
745
746     if (pos.thread() == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
747     {
748         NodesSincePoll = 0;
749         poll(pos);
750     }
751
752     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
753     if ((   StopRequest
754          || pos.is_draw<false>()
755          || ss->ply > PLY_MAX) && !RootNode)
756         return VALUE_DRAW;
757
758     // Step 3. Mate distance pruning
759     if (!RootNode)
760     {
761         alpha = Max(value_mated_in(ss->ply), alpha);
762         beta = Min(value_mate_in(ss->ply+1), beta);
763         if (alpha >= beta)
764             return alpha;
765     }
766
767     // Step 4. Transposition table lookup
768     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
769     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
770     excludedMove = ss->excludedMove;
771     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
772     tte = TT.probe(posKey);
773     ttMove = RootNode ? Rml[MultiPVIteration].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
774
775     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
776     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
777     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
778     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
779     if (!RootNode && tte && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
780                                     : can_return_tt(tte, depth, beta, ss->ply)))
781     {
782         TT.refresh(tte);
783         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
784         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
785     }
786
787     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
788     if (inCheck)
789         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
790     else if (tte)
791     {
792         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
793
794         ss->eval = tte->static_value();
795         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
796         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ss->ply);
797     }
798     else
799     {
800         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
801         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
802     }
803
804     // Save gain for the parent non-capture move
805     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
806
807     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
808     if (   !PvNode
809         &&  depth < RazorDepth
810         && !inCheck
811         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
812         &&  ttMove == MOVE_NONE
813         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
814         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
815     {
816         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
817         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
818         if (v < rbeta)
819             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
820             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
821             return v;
822     }
823
824     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
825     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
826     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
827     if (   !PvNode
828         && !ss->skipNullMove
829         &&  depth < RazorDepth
830         && !inCheck
831         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
832         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
833         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
834         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
835
836     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
837     if (   !PvNode
838         && !ss->skipNullMove
839         &&  depth > ONE_PLY
840         && !inCheck
841         &&  refinedValue >= beta
842         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
843         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
844     {
845         ss->currentMove = MOVE_NULL;
846
847         // Null move dynamic reduction based on depth
848         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
849
850         // Null move dynamic reduction based on value
851         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
852             R++;
853
854         pos.do_null_move(st);
855         (ss+1)->skipNullMove = true;
856         nullValue = depth-R*ONE_PLY < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
857                                               : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY);
858         (ss+1)->skipNullMove = false;
859         pos.undo_null_move();
860
861         if (nullValue >= beta)
862         {
863             // Do not return unproven mate scores
864             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
865                 nullValue = beta;
866
867             if (depth < 6 * ONE_PLY)
868                 return nullValue;
869
870             // Do verification search at high depths
871             ss->skipNullMove = true;
872             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY);
873             ss->skipNullMove = false;
874
875             if (v >= beta)
876                 return nullValue;
877         }
878         else
879         {
880             // The null move failed low, which means that we may be faced with
881             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
882             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
883             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
884             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
885             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
886             threatMove = (ss+1)->bestMove;
887
888             if (   depth < ThreatDepth
889                 && (ss-1)->reduction
890                 && threatMove != MOVE_NONE
891                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
892                 return beta - 1;
893         }
894     }
895
896     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
897     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
898     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
899     // prune the previous move.
900     if (   !PvNode
901         &&  depth >= RazorDepth + ONE_PLY
902         && !inCheck
903         && !ss->skipNullMove
904         &&  excludedMove == MOVE_NONE
905         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
906     {
907         Value rbeta = beta + 200;
908         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
909
910         assert(rdepth >= ONE_PLY);
911
912         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
913         CheckInfo ci(pos);
914
915         while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
916             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
917             {
918                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
919                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
920                 pos.undo_move(move);
921                 if (value >= rbeta)
922                     return value;
923             }
924     }
925
926     // Step 10. Internal iterative deepening
927     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
928         && ttMove == MOVE_NONE
929         && (PvNode || (!inCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
930     {
931         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
932
933         ss->skipNullMove = true;
934         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
935         ss->skipNullMove = false;
936
937         tte = TT.probe(posKey);
938         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
939     }
940
941 split_point_start: // At split points actual search starts from here
942
943     // Initialize a MovePicker object for the current position
944     MovePickerExt<SpNode> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
945     CheckInfo ci(pos);
946     ss->bestMove = MOVE_NONE;
947     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
948     singularExtensionNode =   !RootNode
949                            && !SpNode
950                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
951                            && ttMove != MOVE_NONE
952                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
953                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
954                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
955     if (SpNode)
956     {
957         lock_grab(&(sp->lock));
958         bestValue = sp->bestValue;
959     }
960
961     // Step 11. Loop through moves
962     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
963     while (   bestValue < beta
964            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
965            && !thread.cutoff_occurred())
966     {
967       assert(move_is_ok(move));
968
969       if (move == excludedMove)
970           continue;
971
972       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root Move List.
973       // Also in MultiPV mode we skip moves which already have got an exact score
974       // in previous MultiPV Iteration. Finally any illegal move is skipped here.
975       if (RootNode && !Rml.find(move, MultiPVIteration))
976           continue;
977
978       // At PV and SpNode nodes we want all moves to be legal since the beginning
979       if ((PvNode || SpNode) && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
980           continue;
981
982       if (SpNode)
983       {
984           moveCount = ++sp->moveCount;
985           lock_release(&(sp->lock));
986       }
987       else
988           moveCount++;
989
990       if (RootNode)
991       {
992           // This is used by time management
993           FirstRootMove = (moveCount == 1);
994
995           // Save the current node count before the move is searched
996           nodes = pos.nodes_searched();
997
998           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
999           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1000           if (!SpNode && SendSearchedNodes)
1001           {
1002               SendSearchedNodes = false;
1003               cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
1004           }
1005
1006           // For long searches send current move info to GUI
1007           if (pos.thread() == 0 && current_search_time() > 2000)
1008               cout << "info" << depth_to_uci(depth)
1009                    << " currmove " << move
1010                    << " currmovenumber " << moveCount + MultiPVIteration << endl;
1011       }
1012
1013       // At Root and at first iteration do a PV search on all the moves to score root moves
1014       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (RootNode && depth <= ONE_PLY ? MAX_MOVES : 1));
1015       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1016       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1017
1018       // Step 12. Decide the new search depth
1019       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, givesCheck, &dangerous);
1020
1021       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
1022       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
1023       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
1024       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
1025       // a margin then we extend ttMove.
1026       if (   singularExtensionNode
1027           && move == ttMove
1028           && pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
1029           && ext < ONE_PLY)
1030       {
1031           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1032
1033           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1034           {
1035               Value rBeta = ttValue - int(depth);
1036               ss->excludedMove = move;
1037               ss->skipNullMove = true;
1038               Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
1039               ss->skipNullMove = false;
1040               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1041               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1042               if (v < rBeta)
1043                   ext = ONE_PLY;
1044           }
1045       }
1046
1047       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1048       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1049
1050       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1051       if (   !PvNode
1052           && !captureOrPromotion
1053           && !inCheck
1054           && !dangerous
1055           &&  move != ttMove
1056           && !move_is_castle(move))
1057       {
1058           // Move count based pruning
1059           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1060               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove))
1061               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX) // FIXME bestValue is racy
1062           {
1063               if (SpNode)
1064                   lock_grab(&(sp->lock));
1065
1066               continue;
1067           }
1068
1069           // Value based pruning
1070           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1071           // but fixing this made program slightly weaker.
1072           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1073           futilityValue =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1074                          + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1075
1076           if (futilityValue < beta)
1077           {
1078               if (SpNode)
1079               {
1080                   lock_grab(&(sp->lock));
1081                   if (futilityValue > sp->bestValue)
1082                       sp->bestValue = bestValue = futilityValue;
1083               }
1084               else if (futilityValue > bestValue)
1085                   bestValue = futilityValue;
1086
1087               continue;
1088           }
1089
1090           // Prune moves with negative SEE at low depths
1091           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1092               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1093               && pos.see_sign(move) < 0)
1094           {
1095               if (SpNode)
1096                   lock_grab(&(sp->lock));
1097
1098               continue;
1099           }
1100       }
1101
1102       // Check for legality only before to do the move
1103       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1104       {
1105           moveCount--;
1106           continue;
1107       }
1108
1109       ss->currentMove = move;
1110       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1111           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1112
1113       // Step 14. Make the move
1114       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1115
1116       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1117       // The first move in list is the expected PV
1118       if (isPvMove)
1119           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1120                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1121       else
1122       {
1123           // Step 15. Reduced depth search
1124           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1125           bool doFullDepthSearch = true;
1126
1127           if (    depth > 3 * ONE_PLY
1128               && !captureOrPromotion
1129               && !dangerous
1130               && !move_is_castle(move)
1131               &&  ss->killers[0] != move
1132               &&  ss->killers[1] != move
1133               && (ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount)) != DEPTH_ZERO)
1134           {
1135               Depth d = newDepth - ss->reduction;
1136               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1137
1138               value = d < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1139                                   : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
1140
1141               ss->reduction = DEPTH_ZERO;
1142               doFullDepthSearch = (value > alpha);
1143           }
1144
1145           // Step 16. Full depth search
1146           if (doFullDepthSearch)
1147           {
1148               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1149               value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1150                                          : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
1151
1152               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1153               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1154               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1155               if (PvNode && value > alpha && (RootNode || value < beta))
1156                   value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1157                                              : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1158           }
1159       }
1160
1161       // Step 17. Undo move
1162       pos.undo_move(move);
1163
1164       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1165
1166       // Step 18. Check for new best move
1167       if (SpNode)
1168       {
1169           lock_grab(&(sp->lock));
1170           bestValue = sp->bestValue;
1171           alpha = sp->alpha;
1172       }
1173
1174       // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1175       // was aborted because the user interrupted the search or because we
1176       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1177       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
1178       if (RootNode && !StopRequest)
1179       {
1180           // Remember searched nodes counts for this move
1181           RootMove* rm = Rml.find(move);
1182           rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1183
1184           // PV move or new best move ?
1185           if (isPvMove || value > alpha)
1186           {
1187               // Update PV
1188               rm->score = value;
1189               rm->extract_pv_from_tt(pos);
1190
1191               // We record how often the best move has been changed in each
1192               // iteration. This information is used for time management: When
1193               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1194               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1195                   Rml.bestMoveChanges++;
1196           }
1197           else
1198               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1199               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1200               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1201               rm->score = -VALUE_INFINITE;
1202
1203       } // RootNode
1204
1205       if (value > bestValue)
1206       {
1207           bestValue = value;
1208           ss->bestMove = move;
1209
1210           if (   PvNode
1211               && value > alpha
1212               && value < beta) // We want always alpha < beta
1213               alpha = value;
1214
1215           if (SpNode && !thread.cutoff_occurred())
1216           {
1217               sp->bestValue = value;
1218               sp->ss->bestMove = move;
1219               sp->alpha = alpha;
1220               sp->is_betaCutoff = (value >= beta);
1221           }
1222       }
1223
1224       // Step 19. Check for split
1225       if (   !SpNode
1226           && depth >= Threads.min_split_depth()
1227           && bestValue < beta
1228           && Threads.available_slave_exists(pos.thread())
1229           && !StopRequest
1230           && !thread.cutoff_occurred())
1231           bestValue = Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, bestValue, depth,
1232                                                threatMove, moveCount, &mp, NT);
1233     }
1234
1235     // Step 20. Check for mate and stalemate
1236     // All legal moves have been searched and if there are
1237     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1238     // If one move was excluded return fail low score.
1239     if (!SpNode && !moveCount)
1240         return excludedMove ? oldAlpha : inCheck ? value_mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1241
1242     // Step 21. Update tables
1243     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1244     // history counters, and killer moves.
1245     if (!SpNode && !StopRequest && !thread.cutoff_occurred())
1246     {
1247         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1248         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1249              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1250
1251         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1252
1253         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1254         if (    bestValue >= beta
1255             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1256         {
1257             if (move != ss->killers[0])
1258             {
1259                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1260                 ss->killers[0] = move;
1261             }
1262             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1263         }
1264     }
1265
1266     if (SpNode)
1267     {
1268         // Here we have the lock still grabbed
1269         sp->is_slave[pos.thread()] = false;
1270         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1271         lock_release(&(sp->lock));
1272     }
1273
1274     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1275
1276     return bestValue;
1277   }
1278
1279   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1280   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1281   // less than ONE_PLY).
1282
1283   template <NodeType NT>
1284   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1285
1286     const bool PvNode = (NT == PV);
1287
1288     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1289     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1290     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1291     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1292     assert(depth <= 0);
1293     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
1294
1295     StateInfo st;
1296     Move ttMove, move;
1297     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1298     bool inCheck, enoughMaterial, givesCheck, evasionPrunable;
1299     const TTEntry* tte;
1300     Depth ttDepth;
1301     ValueType vt;
1302     Value oldAlpha = alpha;
1303
1304     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1305     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1306
1307     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1308     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > PLY_MAX)
1309         return VALUE_DRAW;
1310
1311     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1312     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1313     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1314     inCheck = pos.in_check();
1315     ttDepth = (inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1316
1317     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1318     // pruning, but only for move ordering.
1319     tte = TT.probe(pos.get_key());
1320     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1321
1322     if (!PvNode && tte && can_return_tt(tte, ttDepth, beta, ss->ply))
1323     {
1324         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1325         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1326     }
1327
1328     // Evaluate the position statically
1329     if (inCheck)
1330     {
1331         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1332         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1333         enoughMaterial = false;
1334     }
1335     else
1336     {
1337         if (tte)
1338         {
1339             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1340
1341             evalMargin = tte->static_value_margin();
1342             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1343         }
1344         else
1345             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1346
1347         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1348         if (bestValue >= beta)
1349         {
1350             if (!tte)
1351                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1352
1353             return bestValue;
1354         }
1355
1356         if (PvNode && bestValue > alpha)
1357             alpha = bestValue;
1358
1359         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1360         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1361         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1362     }
1363
1364     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1365     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1366     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1367     // be generated.
1368     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, move_to((ss-1)->currentMove));
1369     CheckInfo ci(pos);
1370
1371     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1372     while (   bestValue < beta
1373            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1374     {
1375       assert(move_is_ok(move));
1376
1377       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1378
1379       // Futility pruning
1380       if (   !PvNode
1381           && !inCheck
1382           && !givesCheck
1383           &&  move != ttMove
1384           &&  enoughMaterial
1385           && !move_is_promotion(move)
1386           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1387       {
1388           futilityValue =  futilityBase
1389                          + piece_value_endgame(pos.piece_on(move_to(move)))
1390                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1391
1392           if (futilityValue < beta)
1393           {
1394               if (futilityValue > bestValue)
1395                   bestValue = futilityValue;
1396
1397               continue;
1398           }
1399
1400           // Prune moves with negative or equal SEE
1401           if (   futilityBase < beta
1402               && depth < DEPTH_ZERO
1403               && pos.see(move) <= 0)
1404               continue;
1405       }
1406
1407       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1408       evasionPrunable =   !PvNode
1409                        && inCheck
1410                        && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1411                        && !pos.move_is_capture(move)
1412                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1413
1414       // Don't search moves with negative SEE values
1415       if (   !PvNode
1416           && (!inCheck || evasionPrunable)
1417           &&  move != ttMove
1418           && !move_is_promotion(move)
1419           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1420           continue;
1421
1422       // Don't search useless checks
1423       if (   !PvNode
1424           && !inCheck
1425           &&  givesCheck
1426           &&  move != ttMove
1427           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1428           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1429           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1430       {
1431           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1432               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1433
1434           continue;
1435       }
1436
1437       // Check for legality only before to do the move
1438       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1439           continue;
1440
1441       // Update current move
1442       ss->currentMove = move;
1443
1444       // Make and search the move
1445       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1446       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1447       pos.undo_move(move);
1448
1449       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1450
1451       // New best move?
1452       if (value > bestValue)
1453       {
1454           bestValue = value;
1455           ss->bestMove = move;
1456
1457           if (   PvNode
1458               && value > alpha
1459               && value < beta) // We want always alpha < beta
1460               alpha = value;
1461        }
1462     }
1463
1464     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1465     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1466     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1467         return value_mated_in(ss->ply);
1468
1469     // Update transposition table
1470     move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1471     vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1472          : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1473
1474     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, ttDepth, move, ss->eval, evalMargin);
1475
1476     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1477
1478     return bestValue;
1479   }
1480
1481
1482   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1483   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1484   // will be pruned.
1485
1486   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1487   {
1488     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1489     Square from, to, ksq, victimSq;
1490     Piece pc;
1491     Color them;
1492     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1493
1494     from = move_from(move);
1495     to = move_to(move);
1496     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1497     ksq = pos.king_square(them);
1498     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1499     pc = pos.piece_on(from);
1500
1501     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1502     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1503     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1504
1505     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1506     b = kingAtt & ~pos.pieces(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1507
1508     if (!(b && (b & (b - 1))))
1509         return true;
1510
1511     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1512     if (   piece_type(pc) == QUEEN
1513         && bit_is_set(kingAtt, to))
1514         return true;
1515
1516     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1517     b = pos.pieces(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1518
1519     while (b)
1520     {
1521         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1522         futilityValue = futilityBase + piece_value_endgame(pos.piece_on(victimSq));
1523
1524         // Note that here we generate illegal "double move"!
1525         if (   futilityValue >= beta
1526             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1527             return true;
1528
1529         if (futilityValue > bv)
1530             bv = futilityValue;
1531     }
1532
1533     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1534     *bestValue = bv;
1535     return false;
1536   }
1537
1538
1539   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1540   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1541   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1542   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1543   // second move is assumed to be a move from the current position.
1544
1545   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1546
1547     Square f1, t1, f2, t2;
1548     Piece p1, p2;
1549     Square ksq;
1550
1551     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1552     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1553
1554     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1555     f2 = move_from(m2);
1556     t1 = move_to(m1);
1557     if (f2 == t1)
1558         return true;
1559
1560     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1561     t2 = move_to(m2);
1562     f1 = move_from(m1);
1563     if (t2 == f1)
1564         return true;
1565
1566     // Case 3: Moving through the vacated square
1567     p2 = pos.piece_on(f2);
1568     if (   piece_is_slider(p2)
1569         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1570       return true;
1571
1572     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1573     p1 = pos.piece_on(t1);
1574     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p1, t1), t2))
1575         return true;
1576
1577     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1578     ksq = pos.king_square(pos.side_to_move());
1579     if (    piece_is_slider(p1)
1580         &&  bit_is_set(squares_between(t1, ksq), f2))
1581     {
1582         Bitboard occ = pos.occupied_squares();
1583         clear_bit(&occ, f2);
1584         if (bit_is_set(pos.attacks_from(p1, t1, occ), ksq))
1585             return true;
1586     }
1587     return false;
1588   }
1589
1590
1591   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1592   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1593   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1594
1595   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1596
1597     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1598       return v + ply;
1599
1600     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1601       return v - ply;
1602
1603     return v;
1604   }
1605
1606
1607   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1608   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1609
1610   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1611
1612     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1613       return v - ply;
1614
1615     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1616       return v + ply;
1617
1618     return v;
1619   }
1620
1621
1622   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1623   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1624
1625   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1626
1627     assert(move_is_ok(m));
1628     assert(threat && move_is_ok(threat));
1629     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1630     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1631
1632     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1633
1634     mfrom = move_from(m);
1635     mto = move_to(m);
1636     tfrom = move_from(threat);
1637     tto = move_to(threat);
1638
1639     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1640     if (mfrom == tto)
1641         return true;
1642
1643     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1644     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1645     if (   pos.move_is_capture(threat)
1646         && (   piece_value_midgame(pos.piece_on(tfrom)) >= piece_value_midgame(pos.piece_on(tto))
1647             || piece_type(pos.piece_on(tfrom)) == KING)
1648         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1649         return true;
1650
1651     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1652     // prune safe moves which block its ray.
1653     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1654         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1655         && pos.see_sign(m) >= 0)
1656         return true;
1657
1658     return false;
1659   }
1660
1661
1662   // can_return_tt() returns true if a transposition table score
1663   // can be used to cut-off at a given point in search.
1664
1665   bool can_return_tt(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1666
1667     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1668
1669     return   (   tte->depth() >= depth
1670               || v >= Max(VALUE_MATE_IN_PLY_MAX, beta)
1671               || v < Min(VALUE_MATED_IN_PLY_MAX, beta))
1672
1673           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1674               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1675   }
1676
1677
1678   // refine_eval() returns the transposition table score if
1679   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1680
1681   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1682
1683       assert(tte);
1684
1685       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1686
1687       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1688           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1689           return v;
1690
1691       return defaultEval;
1692   }
1693
1694
1695   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1696   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1697
1698   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1699                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1700     Move m;
1701     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1702
1703     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1704
1705     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1706     {
1707         m = movesSearched[i];
1708
1709         assert(m != move);
1710
1711         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1712     }
1713   }
1714
1715
1716   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1717   // the static position evaluation before and after the move.
1718
1719   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1720
1721     if (   m != MOVE_NULL
1722         && before != VALUE_NONE
1723         && after != VALUE_NONE
1724         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1725         && !move_is_special(m))
1726         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1727   }
1728
1729
1730   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1731   // since the beginning of the current search.
1732
1733   int current_search_time(int set) {
1734
1735     static int searchStartTime;
1736
1737     if (set)
1738         searchStartTime = set;
1739
1740     return get_system_time() - searchStartTime;
1741   }
1742
1743
1744   // score_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1745   // protocol specifications:
1746   //
1747   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1748   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1749   //            use negative values for y.
1750
1751   string score_to_uci(Value v, Value alpha, Value beta) {
1752
1753     std::stringstream s;
1754
1755     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1756         s << " score cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1757     else
1758         s << " score mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1759
1760     s << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1761
1762     return s.str();
1763   }
1764
1765
1766   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1767   // to be sent to UCI gui.
1768
1769   string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1770
1771     std::stringstream s;
1772     int t = current_search_time();
1773
1774     s << " nodes " << nodes
1775       << " nps " << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1776       << " time "  << t;
1777
1778     return s.str();
1779   }
1780
1781   // pv_to_uci() returns a string with information on the current PV line
1782   // formatted according to UCI specification.
1783
1784   string pv_to_uci(const Move pv[], int pvNum, bool chess960) {
1785
1786     std::stringstream s;
1787
1788     s << " multipv " << pvNum << " pv " << set960(chess960);
1789
1790     for ( ; *pv != MOVE_NONE; pv++)
1791         s << *pv << " ";
1792
1793     return s.str();
1794   }
1795
1796   // depth_to_uci() returns a string with information on the current depth and
1797   // seldepth formatted according to UCI specification.
1798
1799   string depth_to_uci(Depth depth) {
1800
1801     std::stringstream s;
1802
1803     // Retrieve max searched depth among threads
1804     int selDepth = 0;
1805     for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
1806         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1807             selDepth = Threads[i].maxPly;
1808
1809      s << " depth " << depth / ONE_PLY << " seldepth " << selDepth;
1810
1811     return s.str();
1812   }
1813
1814   string time_to_string(int millisecs) {
1815
1816     const int MSecMinute = 1000 * 60;
1817     const int MSecHour   = 1000 * 60 * 60;
1818
1819     int hours = millisecs / MSecHour;
1820     int minutes =  (millisecs % MSecHour) / MSecMinute;
1821     int seconds = ((millisecs % MSecHour) % MSecMinute) / 1000;
1822
1823     std::stringstream s;
1824
1825     if (hours)
1826         s << hours << ':';
1827
1828     s << std::setfill('0') << std::setw(2) << minutes << ':' << std::setw(2) << seconds;
1829     return s.str();
1830   }
1831
1832   string score_to_string(Value v) {
1833
1834     std::stringstream s;
1835
1836     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1837         s << "#" << (VALUE_MATE - v + 1) / 2;
1838     else if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1839         s << "-#" << (VALUE_MATE + v) / 2;
1840     else
1841         s << std::setprecision(2) << std::fixed << std::showpos << float(v) / PawnValueMidgame;
1842
1843     return s.str();
1844   }
1845
1846   // pretty_pv() creates a human-readable string from a position and a PV.
1847   // It is used to write search information to the log file (which is created
1848   // when the UCI parameter "Use Search Log" is "true").
1849
1850   string pretty_pv(Position& pos, int depth, Value value, int time, Move pv[]) {
1851
1852     const int64_t K = 1000;
1853     const int64_t M = 1000000;
1854     const int startColumn = 28;
1855     const size_t maxLength = 80 - startColumn;
1856
1857     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
1858     Move* m = pv;
1859     string san;
1860     std::stringstream s;
1861     size_t length = 0;
1862
1863     // First print depth, score, time and searched nodes...
1864     s << set960(pos.is_chess960())
1865       << std::setw(2) << depth
1866       << std::setw(8) << score_to_string(value)
1867       << std::setw(8) << time_to_string(time);
1868
1869     if (pos.nodes_searched() < M)
1870         s << std::setw(8) << pos.nodes_searched() / 1 << "  ";
1871     else if (pos.nodes_searched() < K * M)
1872         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / K << "K  ";
1873     else
1874         s << std::setw(7) << pos.nodes_searched() / M << "M  ";
1875
1876     // ...then print the full PV line in short algebraic notation
1877     while (*m != MOVE_NONE)
1878     {
1879         san = move_to_san(pos, *m);
1880         length += san.length() + 1;
1881
1882         if (length > maxLength)
1883         {
1884             length = san.length() + 1;
1885             s << "\n" + string(startColumn, ' ');
1886         }
1887         s << san << ' ';
1888
1889         pos.do_move(*m++, *st++);
1890     }
1891
1892     // Restore original position before to leave
1893     while (m != pv) pos.undo_move(*--m);
1894
1895     return s.str();
1896   }
1897
1898   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1899   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1900   // search.
1901
1902   void poll(const Position& pos) {
1903
1904     static int lastInfoTime;
1905     int t = current_search_time();
1906
1907     //  Poll for input
1908     if (input_available())
1909     {
1910         // We are line oriented, don't read single chars
1911         string command;
1912
1913         if (!std::getline(std::cin, command) || command == "quit")
1914         {
1915             // Quit the program as soon as possible
1916             Limits.ponder = false;
1917             QuitRequest = StopRequest = true;
1918             return;
1919         }
1920         else if (command == "stop")
1921         {
1922             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1923             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1924             Limits.ponder = false;
1925             StopRequest = true;
1926         }
1927         else if (command == "ponderhit")
1928         {
1929             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1930             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1931             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1932             Limits.ponder = false;
1933
1934             if (StopOnPonderhit)
1935                 StopRequest = true;
1936         }
1937     }
1938
1939     // Print search information
1940     if (t < 1000)
1941         lastInfoTime = 0;
1942
1943     else if (lastInfoTime > t)
1944         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1945         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1946         lastInfoTime = 0;
1947
1948     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1949     {
1950         lastInfoTime = t;
1951
1952         dbg_print_mean();
1953         dbg_print_hit_rate();
1954
1955         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1956         SendSearchedNodes = true;
1957     }
1958
1959     // Should we stop the search?
1960     if (Limits.ponder)
1961         return;
1962
1963     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1964                            && !AspirationFailLow
1965                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1966
1967     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1968                      || stillAtFirstMove;
1969
1970     if (   (Limits.useTimeManagement() && noMoreTime)
1971         || (Limits.maxTime && t >= Limits.maxTime)
1972         || (Limits.maxNodes && pos.nodes_searched() >= Limits.maxNodes)) // FIXME
1973         StopRequest = true;
1974   }
1975
1976
1977   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1978   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1979   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1980   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1981   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1982   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1983
1984   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1985
1986     string command;
1987
1988     // Wait for a command from stdin
1989     while (   std::getline(std::cin, command)
1990            && command != "ponderhit" && command != "stop" && command != "quit") {};
1991
1992     if (command != "ponderhit" && command != "stop")
1993         QuitRequest = true; // Must be "quit" or getline() returned false
1994   }
1995
1996
1997   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1998   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
1999   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder) {
2000
2001     assert(MultiPV > 1);
2002
2003     static RKISS rk;
2004
2005     // Rml list is already sorted by score in descending order
2006     int s;
2007     int max_s = -VALUE_INFINITE;
2008     int size = Min(MultiPV, (int)Rml.size());
2009     int max = Rml[0].score;
2010     int var = Min(max - Rml[size - 1].score, PawnValueMidgame);
2011     int wk = 120 - 2 * SkillLevel;
2012
2013     // PRNG sequence should be non deterministic
2014     for (int i = abs(get_system_time() % 50); i > 0; i--)
2015         rk.rand<unsigned>();
2016
2017     // Choose best move. For each move's score we add two terms both dependent
2018     // on wk, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
2019     // then we choose the move with the resulting highest score.
2020     for (int i = 0; i < size; i++)
2021     {
2022         s = Rml[i].score;
2023
2024         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
2025         if (i > 0 && Rml[i-1].score > s + EasyMoveMargin)
2026             break;
2027
2028         // This is our magical formula
2029         s += ((max - s) * wk + var * (rk.rand<unsigned>() % wk)) / 128;
2030
2031         if (s > max_s)
2032         {
2033             max_s = s;
2034             *best = Rml[i].pv[0];
2035             *ponder = Rml[i].pv[1];
2036         }
2037     }
2038   }
2039
2040
2041   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
2042
2043   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2044
2045     Move* sm;
2046     bestMoveChanges = 0;
2047     clear();
2048
2049     // Generate all legal moves and add them to RootMoveList
2050     for (MoveList<MV_LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
2051     {
2052         // If we have a searchMoves[] list then verify the move
2053         // is in the list before to add it.
2054         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != ml.move(); sm++) {}
2055
2056         if (sm != searchMoves && *sm != ml.move())
2057             continue;
2058
2059         RootMove rm;
2060         rm.pv.push_back(ml.move());
2061         rm.pv.push_back(MOVE_NONE);
2062         rm.score = rm.prevScore = -VALUE_INFINITE;
2063         rm.nodes = 0;
2064         push_back(rm);
2065     }
2066   }
2067
2068   RootMove* RootMoveList::find(const Move& m, int startIndex) {
2069
2070     for (size_t i = startIndex; i < size(); i++)
2071         if ((*this)[i].pv[0] == m)
2072             return &(*this)[i];
2073
2074     return NULL;
2075   }
2076
2077   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2078   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2079   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2080   // long PV to print that is important for position analysis.
2081
2082   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2083
2084     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2085     TTEntry* tte;
2086     int ply = 1;
2087     Move m = pv[0];
2088
2089     assert(m != MOVE_NONE && pos.move_is_pl(m));
2090
2091     pv.clear();
2092     pv.push_back(m);
2093     pos.do_move(m, *st++);
2094
2095     while (   (tte = TT.probe(pos.get_key())) != NULL
2096            && tte->move() != MOVE_NONE
2097            && pos.move_is_pl(tte->move())
2098            && pos.pl_move_is_legal(tte->move(), pos.pinned_pieces())
2099            && ply < PLY_MAX
2100            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2))
2101     {
2102         pv.push_back(tte->move());
2103         pos.do_move(tte->move(), *st++);
2104         ply++;
2105     }
2106     pv.push_back(MOVE_NONE);
2107
2108     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2109   }
2110
2111   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2112   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2113   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2114
2115   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2116
2117     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2118     TTEntry* tte;
2119     Key k;
2120     Value v, m = VALUE_NONE;
2121     int ply = 0;
2122
2123     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_pl(pv[0]));
2124
2125     do {
2126         k = pos.get_key();
2127         tte = TT.probe(k);
2128
2129         // Don't overwrite existing correct entries
2130         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2131         {
2132             v = (pos.in_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2133             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2134         }
2135         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2136
2137     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2138
2139     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2140   }
2141 } // namespace
2142
2143
2144 // ThreadsManager::idle_loop() is where the threads are parked when they have no work
2145 // to do. The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2146 // object for which the current thread is the master.
2147
2148 void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2149
2150   assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2151
2152   int i;
2153   bool allFinished;
2154
2155   while (true)
2156   {
2157       // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2158       // master should exit as last one.
2159       if (allThreadsShouldExit)
2160       {
2161           assert(!sp);
2162           threads[threadID].state = Thread::TERMINATED;
2163           return;
2164       }
2165
2166       // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2167       // instead of wasting CPU time polling for work.
2168       while (   threadID >= activeThreads
2169              || threads[threadID].state == Thread::INITIALIZING
2170              || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE))
2171       {
2172           assert(!sp || useSleepingThreads);
2173           assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2174
2175           if (threads[threadID].state == Thread::INITIALIZING)
2176               threads[threadID].state = Thread::AVAILABLE;
2177
2178           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
2179           lock_grab(&threads[threadID].sleepLock);
2180
2181           // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2182           for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->is_slave[i]; i++) {}
2183           allFinished = (i == activeThreads);
2184
2185           if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2186           {
2187               lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2188               break;
2189           }
2190
2191           // Do sleep here after retesting sleep conditions
2192           if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE)
2193               cond_wait(&threads[threadID].sleepCond, &threads[threadID].sleepLock);
2194
2195           lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2196       }
2197
2198       // If this thread has been assigned work, launch a search
2199       if (threads[threadID].state == Thread::WORKISWAITING)
2200       {
2201           assert(!allThreadsShouldExit);
2202
2203           threads[threadID].state = Thread::SEARCHING;
2204
2205           // Copy split point position and search stack and call search()
2206           // with SplitPoint template parameter set to true.
2207           SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2208           SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2209           Position pos(*tsp->pos, threadID);
2210
2211           memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2212           (ss+1)->sp = tsp;
2213
2214           if (tsp->nodeType == Root)
2215               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2216           else if (tsp->nodeType == PV)
2217               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2218           else if (tsp->nodeType == NonPV)
2219               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2220           else
2221               assert(false);
2222
2223           assert(threads[threadID].state == Thread::SEARCHING);
2224
2225           threads[threadID].state = Thread::AVAILABLE;
2226
2227           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2228           // case we are the last slave of the split point.
2229           if (   useSleepingThreads
2230               && threadID != tsp->master
2231               && threads[tsp->master].state == Thread::AVAILABLE)
2232               threads[tsp->master].wake_up();
2233       }
2234
2235       // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2236       // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2237       for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->is_slave[i]; i++) {}
2238       allFinished = (i == activeThreads);
2239
2240       if (allFinished)
2241       {
2242           // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2243           // be sure sp->lock has been released before to return.
2244           lock_grab(&(sp->lock));
2245           lock_release(&(sp->lock));
2246
2247           // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2248           // because here is all finished is not possible master is booked.
2249           assert(threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE);
2250           return;
2251       }
2252   }
2253 }