]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
a30694b6b3c6f55d0776ce83a7b716380238288e
[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 <iostream>
25 #include <sstream>
26 #include <vector>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "history.h"
31 #include "misc.h"
32 #include "move.h"
33 #include "movegen.h"
34 #include "movepick.h"
35 #include "lock.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
45 namespace {
46
47   // Different node types, used as template parameter
48   enum NodeType { NonPV, PV };
49
50   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging.
51   const bool FakeSplit = false;
52
53   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
54   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
55   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff like init,
58   // starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a split
59   // point. All the access to shared thread data is done through this class.
60
61   class ThreadsManager {
62     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
63        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
64        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
65     */
66   public:
67     Thread& operator[](int threadID) { return threads[threadID]; }
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int min_split_depth() const { return minimumSplitDepth; }
72     int active_threads() const { return activeThreads; }
73     void set_active_threads(int cnt) { activeThreads = cnt; }
74
75     void read_uci_options();
76     bool available_thread_exists(int master) const;
77     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
78     bool cutoff_at_splitpoint(int threadID) const;
79     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp);
80
81     template <bool Fake>
82     void split(Position& pos, SearchStack* ss, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
83                Depth depth, Move threatMove, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode);
84   private:
85     Lock mpLock;
86     Depth minimumSplitDepth;
87     int maxThreadsPerSplitPoint;
88     bool useSleepingThreads;
89     int activeThreads;
90     volatile bool allThreadsShouldExit;
91     Thread threads[MAX_THREADS];
92   };
93
94
95   // RootMove struct is used for moves at the root of the tree. For each root
96   // move, we store two scores, a node count, and a PV (really a refutation
97   // in the case of moves which fail low). Value pv_score is normally set at
98   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves, while non_pv_score is computed
99   // according to the order in which moves are returned by MovePicker.
100
101   struct RootMove {
102
103     RootMove();
104     RootMove(const RootMove& rm) { *this = rm; }
105     RootMove& operator=(const RootMove& rm);
106
107     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
108     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
109     // than a move m2 if it has an higher pv_score, or if it has
110     // equal pv_score but m1 has the higher non_pv_score. In this way
111     // we are guaranteed that PV moves are always sorted as first.
112     bool operator<(const RootMove& m) const {
113       return pv_score != m.pv_score ? pv_score < m.pv_score
114                                     : non_pv_score < m.non_pv_score;
115     }
116
117     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
118     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
119     std::string pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, int selDepth,
120                                Value alpha, Value beta, int pvIdx);
121     int64_t nodes;
122     Value pv_score;
123     Value non_pv_score;
124     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
125   };
126
127
128   // RootMoveList struct is just a vector of RootMove objects,
129   // with an handful of methods above the standard ones.
130
131   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
132
133     typedef std::vector<RootMove> Base;
134
135     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
136     void sort() { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), end()); }
137     void sort_multipv(int n) { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), begin() + n); }
138
139     int bestMoveChanges;
140   };
141
142
143   // Overload operator<<() to make it easier to print moves in a coordinate
144   // notation compatible with UCI protocol.
145   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
146
147     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
148     return os << move_to_uci(m, chess960);
149   }
150
151
152   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
153   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
154   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
155   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
156   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
157   // operator<<() that will read it to properly format castling moves.
158   enum set960 {};
159
160   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
161
162     os.iword(0) = int(f);
163     return os;
164   }
165
166
167   /// Adjustments
168
169   // Step 6. Razoring
170
171   // Maximum depth for razoring
172   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
173
174   // Dynamic razoring margin based on depth
175   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
176
177   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
178   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
179
180   // Step 9. Internal iterative deepening
181
182   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
183   const Depth IIDDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 5 * ONE_PLY /* PV */};
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options. Array index 0 is used at
192   // non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 6 * ONE_PLY /* PV */};
198
199   // Step 12. Futility pruning
200
201   // Futility margin for quiescence search
202   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
203
204   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
205   Value FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
206   int FutilityMoveCountArray[32];      // [depth]
207
208   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 1)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE; }
209   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
210
211   // Step 14. Reduced search
212
213   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
214   int8_t ReductionMatrix[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
215
216   template <NodeType PV>
217   inline Depth reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) ReductionMatrix[PV][Min(d / ONE_PLY, 63)][Min(mn, 63)]; }
218
219   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
220   // better than the second best move.
221   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
222
223
224   /// Namespace variables
225
226   // Book
227   Book OpeningBook;
228
229   // Root move list
230   RootMoveList Rml;
231
232   // MultiPV mode
233   int MultiPV, UCIMultiPV;
234
235   // Time management variables
236   bool StopOnPonderhit, FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
237   TimeManager TimeMgr;
238   SearchLimits Limits;
239
240   // Log file
241   std::ofstream LogFile;
242
243   // Skill level adjustment
244   int SkillLevel;
245   bool SkillLevelEnabled;
246   RKISS RK;
247
248   // Multi-threads manager
249   ThreadsManager ThreadsMgr;
250
251   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
252   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
253   bool SendSearchedNodes;
254   int NodesSincePoll;
255   int NodesBetweenPolls = 30000;
256
257   // History table
258   History H;
259
260
261   /// Local functions
262
263   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
264
265   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
266   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
267
268   template <NodeType PvNode>
269   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
270
271   template <NodeType PvNode>
272   inline Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
273
274     return depth < ONE_PLY ? qsearch<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO)
275                            : search<PvNode, false, false>(pos, ss, alpha, beta, depth);
276   }
277
278   template <NodeType PvNode>
279   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion, bool moveIsCheck, bool* dangerous);
280
281   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
282   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
283   Value value_to_tt(Value v, int ply);
284   Value value_from_tt(Value v, int ply);
285   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
286   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
287   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
288   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
289   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
290   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder);
291
292   int current_search_time(int set = 0);
293   std::string value_to_uci(Value v);
294   std::string speed_to_uci(int64_t nodes);
295   void poll(const Position& pos);
296   void wait_for_stop_or_ponderhit();
297
298 #if !defined(_MSC_VER)
299   void* init_thread(void* threadID);
300 #else
301   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
302 #endif
303
304
305   // MovePickerExt is an extended MovePicker class used to choose at compile time
306   // the proper move source according to the type of node.
307   template<bool SpNode, bool Root> struct MovePickerExt;
308
309   // In Root nodes use RootMoveList as source. Score and sort the root moves
310   // before to search them.
311   template<> struct MovePickerExt<false, true> : public MovePicker {
312
313     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
314                  : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), firstCall(true) {
315       Move move;
316       Value score = VALUE_ZERO;
317
318       // Score root moves using standard ordering used in main search, the moves
319       // are scored according to the order in which they are returned by MovePicker.
320       // This is the second order score that is used to compare the moves when
321       // the first orders pv_score of both moves are equal.
322       while ((move = MovePicker::get_next_move()) != MOVE_NONE)
323           for (rm = Rml.begin(); rm != Rml.end(); ++rm)
324               if (rm->pv[0] == move)
325               {
326                   rm->non_pv_score = score--;
327                   break;
328               }
329
330       Rml.sort();
331       rm = Rml.begin();
332     }
333
334     Move get_next_move() {
335
336       if (!firstCall)
337           ++rm;
338       else
339           firstCall = false;
340
341       return rm != Rml.end() ? rm->pv[0] : MOVE_NONE;
342     }
343
344     RootMoveList::iterator rm;
345     bool firstCall;
346   };
347
348   // In SpNodes use split point's shared MovePicker object as move source
349   template<> struct MovePickerExt<true, false> : public MovePicker {
350
351     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
352                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
353
354     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
355
356     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
357     MovePicker* mp;
358   };
359
360   // Default case, create and use a MovePicker object as source
361   template<> struct MovePickerExt<false, false> : public MovePicker {
362
363     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
364                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
365
366     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
367   };
368
369 } // namespace
370
371
372 /// init_threads() is called during startup. It initializes various lookup tables
373 /// and creates and launches search threads.
374
375 void init_threads() {
376
377   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
378   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
379   int mc; // moveCount
380
381   // Init reductions array
382   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
383   {
384       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
385       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
386       ReductionMatrix[PV][hd][mc]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
387       ReductionMatrix[NonPV][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
388   }
389
390   // Init futility margins array
391   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
392       FutilityMarginsMatrix[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
393
394   // Init futility move count array
395   for (d = 0; d < 32; d++)
396       FutilityMoveCountArray[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
397
398   // Create and startup threads
399   ThreadsMgr.init_threads();
400 }
401
402
403 /// exit_threads() is a trampoline to access ThreadsMgr from outside of current file
404 void exit_threads() { ThreadsMgr.exit_threads(); }
405
406
407 /// perft() is our utility to verify move generation. All the legal moves up to
408 /// given depth are generated and counted and the sum returned.
409
410 int64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
411
412   MoveStack mlist[MOVES_MAX];
413   StateInfo st;
414   Move m;
415   int64_t sum = 0;
416
417   // Generate all legal moves
418   MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
419
420   // If we are at the last ply we don't need to do and undo
421   // the moves, just to count them.
422   if (depth <= ONE_PLY)
423       return int(last - mlist);
424
425   // Loop through all legal moves
426   CheckInfo ci(pos);
427   for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
428   {
429       m = cur->move;
430       pos.do_move(m, st, ci, pos.move_is_check(m, ci));
431       sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
432       pos.undo_move(m);
433   }
434   return sum;
435 }
436
437
438 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
439 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various global
440 /// variables, and calls id_loop(). It returns false when a "quit" command is
441 /// received during the search.
442
443 bool think(Position& pos, const SearchLimits& limits, Move searchMoves[]) {
444
445   // Initialize global search-related variables
446   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
447   NodesSincePoll = 0;
448   current_search_time(get_system_time());
449   Limits = limits;
450   TimeMgr.init(Limits, pos.startpos_ply_counter());
451
452   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under time pressure
453   if (Limits.maxNodes)
454       NodesBetweenPolls = Min(Limits.maxNodes, 30000);
455   else if (Limits.time && Limits.time < 1000)
456       NodesBetweenPolls = 1000;
457   else if (Limits.time && Limits.time < 5000)
458       NodesBetweenPolls = 5000;
459   else
460       NodesBetweenPolls = 30000;
461
462   // Look for a book move, only during games, not tests
463   if (Limits.useTimeManagement() && Options["OwnBook"].value<bool>())
464   {
465       if (Options["Book File"].value<std::string>() != OpeningBook.name())
466           OpeningBook.open(Options["Book File"].value<std::string>());
467
468       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
469       if (bookMove != MOVE_NONE)
470       {
471           if (Limits.ponder)
472               wait_for_stop_or_ponderhit();
473
474           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
475           return !QuitRequest;
476       }
477   }
478
479   // Read UCI options
480   CheckExtension[1]         = Options["Check Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
481   CheckExtension[0]         = Options["Check Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
482   PawnPushTo7thExtension[1] = Options["Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
483   PawnPushTo7thExtension[0] = Options["Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
484   PassedPawnExtension[1]    = Options["Passed Pawn Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
485   PassedPawnExtension[0]    = Options["Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
486   PawnEndgameExtension[1]   = Options["Pawn Endgame Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
487   PawnEndgameExtension[0]   = Options["Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
488   UCIMultiPV                = Options["MultiPV"].value<int>();
489   SkillLevel                = Options["Skill level"].value<int>();
490
491   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
492
493   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
494   {
495       Options["Clear Hash"].set_value("false");
496       TT.clear();
497   }
498   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
499
500   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
501   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
502   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
503   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? Max(UCIMultiPV, 4) : UCIMultiPV);
504
505   // Set the number of active threads
506   ThreadsMgr.read_uci_options();
507   init_eval(ThreadsMgr.active_threads());
508
509   // Wake up needed threads and reset maxPly counter
510   for (int i = 0; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
511   {
512       ThreadsMgr[i].wake_up();
513       ThreadsMgr[i].maxPly = 0;
514   }
515
516   // Write to log file and keep it open to be accessed during the search
517   if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
518   {
519       std::string name = Options["Search Log Filename"].value<std::string>();
520       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
521
522       if (LogFile.is_open())
523           LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
524                   << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
525                   << " ponder: "      << Limits.ponder
526                   << " time: "        << Limits.time
527                   << " increment: "   << Limits.increment
528                   << " moves to go: " << Limits.movesToGo
529                   << endl;
530   }
531
532   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
533   Move ponderMove = MOVE_NONE;
534   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
535
536   cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
537
538   // Write final search statistics and close log file
539   if (LogFile.is_open())
540   {
541       int t = current_search_time();
542
543       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
544               << "\nNodes/second: " << (t > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / t : 0)
545               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
546
547       StateInfo st;
548       pos.do_move(bestMove, st);
549       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
550       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
551       LogFile.close();
552   }
553
554   // This makes all the threads to go to sleep
555   ThreadsMgr.set_active_threads(1);
556
557   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
558   // best move before we are told to do so.
559   if (!StopRequest && (Limits.ponder || Limits.infinite))
560       wait_for_stop_or_ponderhit();
561
562   // Could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
563   cout << "bestmove " << bestMove;
564
565   // UCI protol is not clear on allowing sending an empty ponder move, instead
566   // it is clear that ponder move is optional. So skip it if empty.
567   if (ponderMove != MOVE_NONE)
568       cout << " ponder " << ponderMove;
569
570   cout << endl;
571
572   return !QuitRequest;
573 }
574
575
576 namespace {
577
578   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
579   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
580   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
581
582   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
583
584     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
585     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
586     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
587     int depth, selDepth, aspirationDelta;
588     Value value, alpha, beta;
589     Move bestMove, easyMove, skillBest, skillPonder;
590
591     // Initialize stuff before a new search
592     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
593     TT.new_search();
594     H.clear();
595     *ponderMove = bestMove = easyMove = skillBest = skillPonder = MOVE_NONE;
596     depth = aspirationDelta = 0;
597     alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
598     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
599
600     // Moves to search are verified and copied
601     Rml.init(pos, searchMoves);
602
603     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
604     if (Rml.size() == 0)
605     {
606         cout << "info depth 0 score "
607              << value_to_uci(pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
608              << endl;
609
610         return MOVE_NONE;
611     }
612
613     // Iterative deepening loop
614     while (++depth <= PLY_MAX && (!Limits.maxDepth || depth <= Limits.maxDepth) && !StopRequest)
615     {
616         Rml.bestMoveChanges = 0;
617         cout << set960(pos.is_chess960()) << "info depth " << depth << endl;
618
619         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
620         if (MultiPV == 1 && depth >= 5 && abs(bestValues[depth - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
621         {
622             int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
623             int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
624
625             aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
626             aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
627
628             alpha = Max(bestValues[depth - 1] - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
629             beta  = Min(bestValues[depth - 1] + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
630         }
631
632         // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
633         // research with bigger window until not failing high/low anymore.
634         do {
635             // Search starting from ss+1 to allow calling update_gains()
636             value = search<PV, false, true>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
637
638             // Write PV back to transposition table in case the relevant entries
639             // have been overwritten during the search.
640             for (int i = 0; i < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); i++)
641                 Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
642
643             // Value cannot be trusted. Break out immediately!
644             if (StopRequest)
645                 break;
646
647             assert(value >= alpha);
648
649             // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
650             // otherwise exit the fail high/low loop.
651             if (value >= beta)
652             {
653                 beta = Min(beta + aspirationDelta, VALUE_INFINITE);
654                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
655             }
656             else if (value <= alpha)
657             {
658                 AspirationFailLow = true;
659                 StopOnPonderhit = false;
660
661                 alpha = Max(alpha - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
662                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
663             }
664             else
665                 break;
666
667         } while (abs(value) < VALUE_KNOWN_WIN);
668
669         // Collect info about search result
670         bestMove = Rml[0].pv[0];
671         *ponderMove = Rml[0].pv[1];
672         bestValues[depth] = value;
673         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
674
675         // Do we need to pick now the best and the ponder moves ?
676         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
677             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
678
679         // Retrieve max searched depth among threads
680         selDepth = 0;
681         for (int i = 0; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
682             if (ThreadsMgr[i].maxPly > selDepth)
683                 selDepth = ThreadsMgr[i].maxPly;
684
685         // Send PV line to GUI and to log file
686         for (int i = 0; i < Min(UCIMultiPV, (int)Rml.size()); i++)
687             cout << Rml[i].pv_info_to_uci(pos, depth, selDepth, alpha, beta, i) << endl;
688
689         if (LogFile.is_open())
690             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), Rml[0].pv) << endl;
691
692         // Init easyMove after first iteration or drop if differs from the best move
693         if (depth == 1 && (Rml.size() == 1 || Rml[0].pv_score > Rml[1].pv_score + EasyMoveMargin))
694             easyMove = bestMove;
695         else if (bestMove != easyMove)
696             easyMove = MOVE_NONE;
697
698         if (Limits.useTimeManagement() && !StopRequest)
699         {
700             // Time to stop?
701             bool noMoreTime = false;
702
703             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
704             if (   depth >= 5
705                 && abs(bestValues[depth])     >= abs(VALUE_MATE) - 100
706                 && abs(bestValues[depth - 1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
707                 noMoreTime = true;
708
709             // Stop search early if one move seems to be much better than the
710             // others or if there is only a single legal move. In this latter
711             // case we search up to Iteration 8 anyway to get a proper score.
712             if (   depth >= 7
713                 && easyMove == bestMove
714                 && (   Rml.size() == 1
715                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
716                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
717                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
718                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
719                 noMoreTime = true;
720
721             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
722             if (depth > 4 && depth < 50)
723                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth-1]);
724
725             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
726             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
727             // move at the next iteration anyway.
728             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 80) / 128)
729                 noMoreTime = true;
730
731             if (noMoreTime)
732             {
733                 if (Limits.ponder)
734                     StopOnPonderhit = true;
735                 else
736                     break;
737             }
738         }
739     }
740
741     // When using skills fake best and ponder moves with the sub-optimal ones
742     if (SkillLevelEnabled)
743     {
744         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
745             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
746
747         bestMove = skillBest;
748         *ponderMove = skillPonder;
749     }
750
751     return bestMove;
752   }
753
754
755   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
756   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
757   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
758   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
759   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
760   // here: This is taken care of after we return from the split point.
761
762   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
763   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
764
765     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
766     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
767     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
768     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
769
770     Move movesSearched[MOVES_MAX];
771     int64_t nodes;
772     StateInfo st;
773     const TTEntry *tte;
774     Key posKey;
775     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
776     Depth ext, newDepth;
777     ValueType vt;
778     Value bestValue, value, oldAlpha;
779     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValueScaled; // Non-PV specific
780     bool isPvMove, isCheck, singularExtensionNode, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous, isBadCap;
781     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
782     int threadID = pos.thread();
783     SplitPoint* sp = NULL;
784
785     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
786     oldAlpha = alpha;
787     isCheck = pos.is_check();
788     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
789
790     // Used to send selDepth info to GUI
791     if (PvNode && ThreadsMgr[threadID].maxPly < ss->ply)
792         ThreadsMgr[threadID].maxPly = ss->ply;
793
794     if (SpNode)
795     {
796         sp = ss->sp;
797         tte = NULL;
798         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
799         threatMove = sp->threatMove;
800         goto split_point_start;
801     }
802     else if (Root)
803         bestValue = alpha;
804
805     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
806     ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
807     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
808     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = (ss+2)->mateKiller = MOVE_NONE;
809
810     if (threadID == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
811     {
812         NodesSincePoll = 0;
813         poll(pos);
814     }
815
816     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
817     if ((   StopRequest
818          || ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)
819          || pos.is_draw()
820          || ss->ply > PLY_MAX) && !Root)
821         return VALUE_DRAW;
822
823     // Step 3. Mate distance pruning
824     alpha = Max(value_mated_in(ss->ply), alpha);
825     beta = Min(value_mate_in(ss->ply+1), beta);
826     if (alpha >= beta)
827         return alpha;
828
829     // Step 4. Transposition table lookup
830     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
831     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
832     excludedMove = ss->excludedMove;
833     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
834
835     tte = TT.retrieve(posKey);
836     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
837
838     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
839     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
840     // smooth experience in analysis mode.
841     if (   !Root
842         && tte
843         && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
844                    : ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ss->ply)))
845     {
846         TT.refresh(tte);
847         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
848         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
849     }
850
851     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
852     if (isCheck)
853         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
854     else if (tte)
855     {
856         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
857
858         ss->eval = tte->static_value();
859         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
860         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ss->ply);
861     }
862     else
863     {
864         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
865         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
866     }
867
868     // Save gain for the parent non-capture move
869     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
870
871     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
872     if (   !PvNode
873         &&  depth < RazorDepth
874         && !isCheck
875         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
876         &&  ttMove == MOVE_NONE
877         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
878         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
879     {
880         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
881         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
882         if (v < rbeta)
883             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
884             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
885             return v;
886     }
887
888     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
889     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
890     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
891     if (   !PvNode
892         && !ss->skipNullMove
893         &&  depth < RazorDepth
894         && !isCheck
895         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
896         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
897         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
898         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
899
900     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
901     if (   !PvNode
902         && !ss->skipNullMove
903         &&  depth > ONE_PLY
904         && !isCheck
905         &&  refinedValue >= beta
906         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
907         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
908     {
909         ss->currentMove = MOVE_NULL;
910
911         // Null move dynamic reduction based on depth
912         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
913
914         // Null move dynamic reduction based on value
915         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
916             R++;
917
918         pos.do_null_move(st);
919         (ss+1)->skipNullMove = true;
920         nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY);
921         (ss+1)->skipNullMove = false;
922         pos.undo_null_move();
923
924         if (nullValue >= beta)
925         {
926             // Do not return unproven mate scores
927             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
928                 nullValue = beta;
929
930             if (depth < 6 * ONE_PLY)
931                 return nullValue;
932
933             // Do verification search at high depths
934             ss->skipNullMove = true;
935             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY);
936             ss->skipNullMove = false;
937
938             if (v >= beta)
939                 return nullValue;
940         }
941         else
942         {
943             // The null move failed low, which means that we may be faced with
944             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
945             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
946             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
947             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
948             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
949             threatMove = (ss+1)->bestMove;
950
951             if (   depth < ThreatDepth
952                 && (ss-1)->reduction
953                 && threatMove != MOVE_NONE
954                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
955                 return beta - 1;
956         }
957     }
958
959     // Step 9. Internal iterative deepening
960     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
961         && ttMove == MOVE_NONE
962         && (PvNode || (!isCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
963     {
964         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
965
966         ss->skipNullMove = true;
967         search<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, d);
968         ss->skipNullMove = false;
969
970         ttMove = ss->bestMove;
971         tte = TT.retrieve(posKey);
972     }
973
974 split_point_start: // At split points actual search starts from here
975
976     // Initialize a MovePicker object for the current position
977     MovePickerExt<SpNode, Root> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, (PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta));
978     CheckInfo ci(pos);
979     ss->bestMove = MOVE_NONE;
980     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
981     singularExtensionNode =   !Root
982                            && !SpNode
983                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
984                            && tte
985                            && tte->move()
986                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
987                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
988                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
989     if (SpNode)
990     {
991         lock_grab(&(sp->lock));
992         bestValue = sp->bestValue;
993     }
994
995     // Step 10. Loop through moves
996     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
997     while (   bestValue < beta
998            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
999            && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1000     {
1001       assert(move_is_ok(move));
1002
1003       if (SpNode)
1004       {
1005           moveCount = ++sp->moveCount;
1006           lock_release(&(sp->lock));
1007       }
1008       else if (move == excludedMove)
1009           continue;
1010       else
1011           moveCount++;
1012
1013       if (Root)
1014       {
1015           // This is used by time management
1016           FirstRootMove = (moveCount == 1);
1017
1018           // Save the current node count before the move is searched
1019           nodes = pos.nodes_searched();
1020
1021           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
1022           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1023           if (SendSearchedNodes)
1024           {
1025               SendSearchedNodes = false;
1026               cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
1027           }
1028
1029           if (current_search_time() > 2000)
1030               cout << "info currmove " << move
1031                    << " currmovenumber " << moveCount << endl;
1032       }
1033
1034       // At Root and at first iteration do a PV search on all the moves to score root moves
1035       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (Root ? depth <= ONE_PLY ? 1000 : MultiPV : 1));
1036       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1037       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1038
1039       // Step 11. Decide the new search depth
1040       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, moveIsCheck, &dangerous);
1041
1042       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
1043       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
1044       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
1045       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
1046       // a margin then we extend ttMove.
1047       if (   singularExtensionNode
1048           && move == tte->move()
1049           && ext < ONE_PLY)
1050       {
1051           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1052
1053           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1054           {
1055               Value rBeta = ttValue - int(depth);
1056               ss->excludedMove = move;
1057               ss->skipNullMove = true;
1058               Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
1059               ss->skipNullMove = false;
1060               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1061               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1062               if (v < rBeta)
1063                   ext = ONE_PLY;
1064           }
1065       }
1066
1067       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1068       ss->currentMove = move;
1069       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1070
1071       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1072       if (   !PvNode
1073           && !captureOrPromotion
1074           && !isCheck
1075           && !dangerous
1076           &&  move != ttMove
1077           && !move_is_castle(move))
1078       {
1079           // Move count based pruning
1080           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1081               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove))
1082               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX) // FIXME bestValue is racy
1083           {
1084               if (SpNode)
1085                   lock_grab(&(sp->lock));
1086
1087               continue;
1088           }
1089
1090           // Value based pruning
1091           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1092           // but fixing this made program slightly weaker.
1093           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<NonPV>(depth, moveCount);
1094           futilityValueScaled =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1095                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1096
1097           if (futilityValueScaled < beta)
1098           {
1099               if (SpNode)
1100               {
1101                   lock_grab(&(sp->lock));
1102                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1103                       sp->bestValue = bestValue = futilityValueScaled;
1104               }
1105               else if (futilityValueScaled > bestValue)
1106                   bestValue = futilityValueScaled;
1107
1108               continue;
1109           }
1110
1111           // Prune moves with negative SEE at low depths
1112           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1113               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1114               && pos.see_sign(move) < 0)
1115           {
1116               if (SpNode)
1117                   lock_grab(&(sp->lock));
1118
1119               continue;
1120           }
1121       }
1122
1123       // Bad capture detection. Will be used by prob-cut search
1124       isBadCap =   depth >= 3 * ONE_PLY
1125                 && depth < 8 * ONE_PLY
1126                 && captureOrPromotion
1127                 && move != ttMove
1128                 && !dangerous
1129                 && !move_is_promotion(move)
1130                 &&  abs(alpha) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
1131                 &&  pos.see_sign(move) < 0;
1132
1133       // Step 13. Make the move
1134       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1135
1136       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1137           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1138
1139       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1140       // The first move in list is the expected PV
1141       if (isPvMove)
1142       {
1143           // Aspiration window is disabled in multi-pv case
1144           if (Root && MultiPV > 1)
1145               alpha = -VALUE_INFINITE;
1146
1147           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1148       }
1149       else
1150       {
1151           // Step 14. Reduced depth search
1152           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1153           bool doFullDepthSearch = true;
1154           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1155
1156           if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1157               && !captureOrPromotion
1158               && !dangerous
1159               && !move_is_castle(move)
1160               &&  ss->killers[0] != move
1161               &&  ss->killers[1] != move)
1162           {
1163               ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1164               if (ss->reduction)
1165               {
1166                   alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1167                   Depth d = newDepth - ss->reduction;
1168                   value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
1169
1170                   doFullDepthSearch = (value > alpha);
1171               }
1172               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1173           }
1174
1175           // Probcut search for bad captures. If a reduced search returns a value
1176           // very below beta then we can (almost) safely prune the bad capture.
1177           if (isBadCap)
1178           {
1179               ss->reduction = 3 * ONE_PLY;
1180               Value rAlpha = alpha - 300;
1181               Depth d = newDepth - ss->reduction;
1182               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(rAlpha+1), -rAlpha, d);
1183               doFullDepthSearch = (value > rAlpha);
1184               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1185           }
1186
1187           // Step 15. Full depth search
1188           if (doFullDepthSearch)
1189           {
1190               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1191               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
1192
1193               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1194               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1195               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1196               if (PvNode && value > alpha && (Root || value < beta))
1197                   value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1198           }
1199       }
1200
1201       // Step 16. Undo move
1202       pos.undo_move(move);
1203
1204       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1205
1206       // Step 17. Check for new best move
1207       if (SpNode)
1208       {
1209           lock_grab(&(sp->lock));
1210           bestValue = sp->bestValue;
1211           alpha = sp->alpha;
1212       }
1213
1214       if (value > bestValue && !(SpNode && ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)))
1215       {
1216           bestValue = value;
1217
1218           if (SpNode)
1219               sp->bestValue = value;
1220
1221           if (!Root && value > alpha)
1222           {
1223               if (PvNode && value < beta) // We want always alpha < beta
1224               {
1225                   alpha = value;
1226
1227                   if (SpNode)
1228                       sp->alpha = value;
1229               }
1230               else if (SpNode)
1231                   sp->betaCutoff = true;
1232
1233               if (value == value_mate_in(ss->ply + 1))
1234                   ss->mateKiller = move;
1235
1236               ss->bestMove = move;
1237
1238               if (SpNode)
1239                   sp->ss->bestMove = move;
1240           }
1241       }
1242
1243       if (Root)
1244       {
1245           // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1246           // was aborted because the user interrupted the search or because we
1247           // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1248           // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
1249           // move and/or PV.
1250           if (StopRequest)
1251               break;
1252
1253           // Remember searched nodes counts for this move
1254           mp.rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1255
1256           // PV move or new best move ?
1257           if (isPvMove || value > alpha)
1258           {
1259               // Update PV
1260               ss->bestMove = move;
1261               mp.rm->pv_score = value;
1262               mp.rm->extract_pv_from_tt(pos);
1263
1264               // We record how often the best move has been changed in each
1265               // iteration. This information is used for time management: When
1266               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1267               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1268                   Rml.bestMoveChanges++;
1269
1270               Rml.sort_multipv(moveCount);
1271
1272               // Update alpha. In multi-pv we don't use aspiration window, so
1273               // set alpha equal to minimum score among the PV lines.
1274               if (MultiPV > 1)
1275                   alpha = Rml[Min(moveCount, MultiPV) - 1].pv_score; // FIXME why moveCount?
1276               else if (value > alpha)
1277                   alpha = value;
1278           }
1279           else
1280               mp.rm->pv_score = -VALUE_INFINITE;
1281
1282       } // Root
1283
1284       // Step 18. Check for split
1285       if (   !Root
1286           && !SpNode
1287           && depth >= ThreadsMgr.min_split_depth()
1288           && ThreadsMgr.active_threads() > 1
1289           && bestValue < beta
1290           && ThreadsMgr.available_thread_exists(threadID)
1291           && !StopRequest
1292           && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1293           ThreadsMgr.split<FakeSplit>(pos, ss, &alpha, beta, &bestValue, depth,
1294                                       threatMove, moveCount, &mp, PvNode);
1295     }
1296
1297     // Step 19. Check for mate and stalemate
1298     // All legal moves have been searched and if there are
1299     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1300     // If one move was excluded return fail low score.
1301     if (!SpNode && !moveCount)
1302         return excludedMove ? oldAlpha : isCheck ? value_mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1303
1304     // Step 20. Update tables
1305     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1306     // history counters, and killer moves.
1307     if (!SpNode && !StopRequest && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1308     {
1309         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1310         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1311              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1312
1313         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1314
1315         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1316         if (    bestValue >= beta
1317             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1318         {
1319             if (move != ss->killers[0])
1320             {
1321                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1322                 ss->killers[0] = move;
1323             }
1324             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1325         }
1326     }
1327
1328     if (SpNode)
1329     {
1330         // Here we have the lock still grabbed
1331         sp->slaves[threadID] = 0;
1332         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1333         lock_release(&(sp->lock));
1334     }
1335
1336     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1337
1338     return bestValue;
1339   }
1340
1341   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1342   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1343   // less than ONE_PLY).
1344
1345   template <NodeType PvNode>
1346   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1347
1348     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1349     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1350     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1351     assert(depth <= 0);
1352     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
1353
1354     StateInfo st;
1355     Move ttMove, move;
1356     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1357     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1358     const TTEntry* tte;
1359     Depth ttDepth;
1360     Value oldAlpha = alpha;
1361
1362     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1363     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1364
1365     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1366     if (ss->ply > PLY_MAX || pos.is_draw())
1367         return VALUE_DRAW;
1368
1369     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1370     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1371     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1372     isCheck = pos.is_check();
1373     ttDepth = (isCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1374
1375     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1376     // pruning, but only for move ordering.
1377     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1378     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1379
1380     if (!PvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, ttDepth, beta, ss->ply))
1381     {
1382         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1383         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1384     }
1385
1386     // Evaluate the position statically
1387     if (isCheck)
1388     {
1389         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1390         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1391         enoughMaterial = false;
1392     }
1393     else
1394     {
1395         if (tte)
1396         {
1397             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1398
1399             evalMargin = tte->static_value_margin();
1400             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1401         }
1402         else
1403             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1404
1405         update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
1406
1407         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1408         if (bestValue >= beta)
1409         {
1410             if (!tte)
1411                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1412
1413             return bestValue;
1414         }
1415
1416         if (PvNode && bestValue > alpha)
1417             alpha = bestValue;
1418
1419         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1420         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1421         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1422     }
1423
1424     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1425     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1426     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1427     // be generated.
1428     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H);
1429     CheckInfo ci(pos);
1430
1431     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1432     while (   alpha < beta
1433            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1434     {
1435       assert(move_is_ok(move));
1436
1437       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1438
1439       // Futility pruning
1440       if (   !PvNode
1441           && !isCheck
1442           && !moveIsCheck
1443           &&  move != ttMove
1444           &&  enoughMaterial
1445           && !move_is_promotion(move)
1446           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1447       {
1448           futilityValue =  futilityBase
1449                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1450                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1451
1452           if (futilityValue < alpha)
1453           {
1454               if (futilityValue > bestValue)
1455                   bestValue = futilityValue;
1456               continue;
1457           }
1458
1459           // Prune moves with negative or equal SEE
1460           if (   futilityBase < beta
1461               && depth < DEPTH_ZERO
1462               && pos.see(move) <= 0)
1463               continue;
1464       }
1465
1466       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1467       evasionPrunable =   isCheck
1468                        && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1469                        && !pos.move_is_capture(move)
1470                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1471
1472       // Don't search moves with negative SEE values
1473       if (   !PvNode
1474           && (!isCheck || evasionPrunable)
1475           &&  move != ttMove
1476           && !move_is_promotion(move)
1477           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1478           continue;
1479
1480       // Don't search useless checks
1481       if (   !PvNode
1482           && !isCheck
1483           &&  moveIsCheck
1484           &&  move != ttMove
1485           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1486           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1487           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1488       {
1489           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1490               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1491
1492           continue;
1493       }
1494
1495       // Update current move
1496       ss->currentMove = move;
1497
1498       // Make and search the move
1499       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1500       value = -qsearch<PvNode>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1501       pos.undo_move(move);
1502
1503       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1504
1505       // New best move?
1506       if (value > bestValue)
1507       {
1508           bestValue = value;
1509           if (value > alpha)
1510           {
1511               alpha = value;
1512               ss->bestMove = move;
1513           }
1514        }
1515     }
1516
1517     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1518     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1519     if (isCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1520         return value_mated_in(ss->ply);
1521
1522     // Update transposition table
1523     ValueType vt = (bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT);
1524     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, ttDepth, ss->bestMove, ss->eval, evalMargin);
1525
1526     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1527
1528     return bestValue;
1529   }
1530
1531
1532   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1533   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1534   // will be pruned.
1535
1536   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1537   {
1538     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1539     Square from, to, ksq, victimSq;
1540     Piece pc;
1541     Color them;
1542     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1543
1544     from = move_from(move);
1545     to = move_to(move);
1546     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1547     ksq = pos.king_square(them);
1548     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1549     pc = pos.piece_on(from);
1550
1551     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1552     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1553     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1554
1555     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1556     b = kingAtt & ~pos.pieces_of_color(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1557
1558     if (!(b && (b & (b - 1))))
1559         return true;
1560
1561     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1562     if (   type_of_piece(pc) == QUEEN
1563         && bit_is_set(kingAtt, to))
1564         return true;
1565
1566     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1567     b = pos.pieces_of_color(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1568
1569     while (b)
1570     {
1571         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1572         futilityValue = futilityBase + pos.endgame_value_of_piece_on(victimSq);
1573
1574         // Note that here we generate illegal "double move"!
1575         if (   futilityValue >= beta
1576             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1577             return true;
1578
1579         if (futilityValue > bv)
1580             bv = futilityValue;
1581     }
1582
1583     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1584     *bestValue = bv;
1585     return false;
1586   }
1587
1588
1589   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1590   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1591   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1592   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1593   // second move is assumed to be a move from the current position.
1594
1595   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1596
1597     Square f1, t1, f2, t2;
1598     Piece p;
1599
1600     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1601     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1602
1603     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1604     f2 = move_from(m2);
1605     t1 = move_to(m1);
1606     if (f2 == t1)
1607         return true;
1608
1609     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1610     t2 = move_to(m2);
1611     f1 = move_from(m1);
1612     if (t2 == f1)
1613         return true;
1614
1615     // Case 3: Moving through the vacated square
1616     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
1617         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1618       return true;
1619
1620     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1621     p = pos.piece_on(t1);
1622     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
1623         return true;
1624
1625     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1626     if (    piece_is_slider(p)
1627         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
1628         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
1629     {
1630         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
1631         // move is the opposite of the checking piece.
1632         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
1633         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
1634
1635         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
1636             return true;
1637     }
1638     return false;
1639   }
1640
1641
1642   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1643   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1644   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1645
1646   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1647
1648     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1649       return v + ply;
1650
1651     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1652       return v - ply;
1653
1654     return v;
1655   }
1656
1657
1658   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1659   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1660
1661   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1662
1663     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1664       return v - ply;
1665
1666     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1667       return v + ply;
1668
1669     return v;
1670   }
1671
1672
1673   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
1674   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
1675   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
1676   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
1677   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
1678   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
1679   template <NodeType PvNode>
1680   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
1681                   bool moveIsCheck, bool* dangerous) {
1682
1683     assert(m != MOVE_NONE);
1684
1685     Depth result = DEPTH_ZERO;
1686     *dangerous = moveIsCheck;
1687
1688     if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
1689         result += CheckExtension[PvNode];
1690
1691     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
1692     {
1693         Color c = pos.side_to_move();
1694         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
1695         {
1696             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
1697             *dangerous = true;
1698         }
1699         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
1700         {
1701             result += PassedPawnExtension[PvNode];
1702             *dangerous = true;
1703         }
1704     }
1705
1706     if (   captureOrPromotion
1707         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1708         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
1709             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == VALUE_ZERO)
1710         && !move_is_special(m))
1711     {
1712         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
1713         *dangerous = true;
1714     }
1715
1716     return Min(result, ONE_PLY);
1717   }
1718
1719
1720   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1721   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1722
1723   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1724
1725     assert(move_is_ok(m));
1726     assert(threat && move_is_ok(threat));
1727     assert(!pos.move_is_check(m));
1728     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1729     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1730
1731     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1732
1733     mfrom = move_from(m);
1734     mto = move_to(m);
1735     tfrom = move_from(threat);
1736     tto = move_to(threat);
1737
1738     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1739     if (mfrom == tto)
1740         return true;
1741
1742     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1743     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1744     if (   pos.move_is_capture(threat)
1745         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
1746             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
1747         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1748         return true;
1749
1750     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1751     // prune safe moves which block its ray.
1752     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1753         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1754         && pos.see_sign(m) >= 0)
1755         return true;
1756
1757     return false;
1758   }
1759
1760
1761   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
1762   // can be used at a given point in search.
1763
1764   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1765
1766     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1767
1768     return   (   tte->depth() >= depth
1769               || v >= Max(VALUE_MATE_IN_PLY_MAX, beta)
1770               || v < Min(VALUE_MATED_IN_PLY_MAX, beta))
1771
1772           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1773               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1774   }
1775
1776
1777   // refine_eval() returns the transposition table score if
1778   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1779
1780   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1781
1782       assert(tte);
1783
1784       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1785
1786       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1787           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1788           return v;
1789
1790       return defaultEval;
1791   }
1792
1793
1794   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1795   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1796
1797   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1798                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1799     Move m;
1800     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1801
1802     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1803
1804     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1805     {
1806         m = movesSearched[i];
1807
1808         assert(m != move);
1809
1810         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1811     }
1812   }
1813
1814
1815   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1816   // the static position evaluation before and after the move.
1817
1818   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1819
1820     if (   m != MOVE_NULL
1821         && before != VALUE_NONE
1822         && after != VALUE_NONE
1823         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1824         && !move_is_special(m))
1825         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1826   }
1827
1828
1829   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1830   // since the beginning of the current search.
1831
1832   int current_search_time(int set) {
1833
1834     static int searchStartTime;
1835
1836     if (set)
1837         searchStartTime = set;
1838
1839     return get_system_time() - searchStartTime;
1840   }
1841
1842
1843   // value_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1844   // protocol specifications:
1845   //
1846   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1847   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1848   //            use negative values for y.
1849
1850   std::string value_to_uci(Value v) {
1851
1852     std::stringstream s;
1853
1854     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1855         s << "cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1856     else
1857         s << "mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1858
1859     return s.str();
1860   }
1861
1862
1863   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1864   // to be sent to UCI gui.
1865
1866   std::string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1867
1868     std::stringstream s;
1869     int t = current_search_time();
1870
1871     s << " nodes " << nodes
1872       << " nps "   << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1873       << " time "  << t;
1874
1875     return s.str();
1876   }
1877
1878
1879   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1880   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1881   // search.
1882
1883   void poll(const Position& pos) {
1884
1885     static int lastInfoTime;
1886     int t = current_search_time();
1887
1888     //  Poll for input
1889     if (input_available())
1890     {
1891         // We are line oriented, don't read single chars
1892         std::string command;
1893
1894         if (!std::getline(std::cin, command) || command == "quit")
1895         {
1896             // Quit the program as soon as possible
1897             Limits.ponder = false;
1898             QuitRequest = StopRequest = true;
1899             return;
1900         }
1901         else if (command == "stop")
1902         {
1903             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1904             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1905             Limits.ponder = false;
1906             StopRequest = true;
1907         }
1908         else if (command == "ponderhit")
1909         {
1910             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1911             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1912             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1913             Limits.ponder = false;
1914
1915             if (StopOnPonderhit)
1916                 StopRequest = true;
1917         }
1918     }
1919
1920     // Print search information
1921     if (t < 1000)
1922         lastInfoTime = 0;
1923
1924     else if (lastInfoTime > t)
1925         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1926         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1927         lastInfoTime = 0;
1928
1929     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1930     {
1931         lastInfoTime = t;
1932
1933         dbg_print_mean();
1934         dbg_print_hit_rate();
1935
1936         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1937         SendSearchedNodes = true;
1938     }
1939
1940     // Should we stop the search?
1941     if (Limits.ponder)
1942         return;
1943
1944     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1945                            && !AspirationFailLow
1946                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1947
1948     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1949                      || stillAtFirstMove;
1950
1951     if (   (Limits.useTimeManagement() && noMoreTime)
1952         || (Limits.maxTime && t >= Limits.maxTime)
1953         || (Limits.maxNodes && pos.nodes_searched() >= Limits.maxNodes)) // FIXME
1954         StopRequest = true;
1955   }
1956
1957
1958   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1959   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1960   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1961   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1962   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1963   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1964
1965   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1966
1967     std::string command;
1968
1969     // Wait for a command from stdin
1970     while (   std::getline(std::cin, command)
1971            && command != "ponderhit" && command != "stop" && command != "quit") {};
1972
1973     if (command != "ponderhit" && command != "stop")
1974         QuitRequest = true; // Must be "quit" or getline() returned false
1975   }
1976
1977
1978   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
1979   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
1980   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
1981   // threads and one for Windows threads.
1982
1983 #if !defined(_MSC_VER)
1984
1985   void* init_thread(void* threadID) {
1986
1987     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
1988     return NULL;
1989   }
1990
1991 #else
1992
1993   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
1994
1995     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
1996     return 0;
1997   }
1998
1999 #endif
2000
2001
2002   /// The ThreadsManager class
2003
2004
2005   // read_uci_options() updates number of active threads and other internal
2006   // parameters according to the UCI options values. It is called before
2007   // to start a new search.
2008
2009   void ThreadsManager::read_uci_options() {
2010
2011     maxThreadsPerSplitPoint = Options["Maximum Number of Threads per Split Point"].value<int>();
2012     minimumSplitDepth       = Options["Minimum Split Depth"].value<int>() * ONE_PLY;
2013     useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"].value<bool>();
2014     activeThreads           = Options["Threads"].value<int>();
2015   }
2016
2017
2018   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2019   // The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2020   // object for which the current thread is the master.
2021
2022   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2023
2024     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2025
2026     int i;
2027     bool allFinished;
2028
2029     while (true)
2030     {
2031         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2032         // master should exit as last one.
2033         if (allThreadsShouldExit)
2034         {
2035             assert(!sp);
2036             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2037             return;
2038         }
2039
2040         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2041         // instead of wasting CPU time polling for work.
2042         while (   threadID >= activeThreads
2043                || threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING
2044                || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE))
2045         {
2046             assert(!sp || useSleepingThreads);
2047             assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2048
2049             if (threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING)
2050                 threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2051
2052             // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
2053             lock_grab(&threads[threadID].sleepLock);
2054
2055             // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2056             for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2057             allFinished = (i == activeThreads);
2058
2059             if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2060             {
2061                 lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2062                 break;
2063             }
2064
2065             // Do sleep here after retesting sleep conditions
2066             if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE)
2067                 cond_wait(&threads[threadID].sleepCond, &threads[threadID].sleepLock);
2068
2069             lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2070         }
2071
2072         // If this thread has been assigned work, launch a search
2073         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2074         {
2075             assert(!allThreadsShouldExit);
2076
2077             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2078
2079             // Copy split point position and search stack and call search()
2080             // with SplitPoint template parameter set to true.
2081             SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2082             SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2083             Position pos(*tsp->pos, threadID);
2084
2085             memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2086             (ss+1)->sp = tsp;
2087
2088             if (tsp->pvNode)
2089                 search<PV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2090             else
2091                 search<NonPV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2092
2093             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2094
2095             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2096
2097             // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2098             // case we are the last slave of the split point.
2099             if (   useSleepingThreads
2100                 && threadID != tsp->master
2101                 && threads[tsp->master].state == THREAD_AVAILABLE)
2102                 threads[tsp->master].wake_up();
2103         }
2104
2105         // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2106         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2107         for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2108         allFinished = (i == activeThreads);
2109
2110         if (allFinished)
2111         {
2112             // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2113             // be sure sp->lock has been released before to return.
2114             lock_grab(&(sp->lock));
2115             lock_release(&(sp->lock));
2116
2117             // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2118             // because here is all finished is not possible master is booked.
2119             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2120
2121             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2122             return;
2123         }
2124     }
2125   }
2126
2127
2128   // init_threads() is called during startup. Initializes locks and condition
2129   // variables and launches all threads sending them immediately to sleep.
2130
2131   void ThreadsManager::init_threads() {
2132
2133     int i, arg[MAX_THREADS];
2134     bool ok;
2135
2136     // This flag is needed to properly end the threads when program exits
2137     allThreadsShouldExit = false;
2138
2139     // Threads will sent to sleep as soon as created, only main thread is kept alive
2140     activeThreads = 1;
2141
2142     lock_init(&mpLock);
2143
2144     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2145     {
2146         // Initialize thread and split point locks
2147         lock_init(&threads[i].sleepLock);
2148         cond_init(&threads[i].sleepCond);
2149
2150         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2151             lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2152
2153         // All threads but first should be set to THREAD_INITIALIZING
2154         threads[i].state = (i == 0 ? THREAD_SEARCHING : THREAD_INITIALIZING);
2155     }
2156
2157     // Create and startup the threads
2158     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2159     {
2160         arg[i] = i;
2161
2162 #if !defined(_MSC_VER)
2163         pthread_t pthread[1];
2164         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&arg[i])) == 0);
2165         pthread_detach(pthread[0]);
2166 #else
2167         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&arg[i]), 0, NULL) != NULL);
2168 #endif
2169         if (!ok)
2170         {
2171             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2172             exit(EXIT_FAILURE);
2173         }
2174
2175         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2176         while (threads[i].state == THREAD_INITIALIZING) {}
2177     }
2178   }
2179
2180
2181   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2182   // helper threads exit cleanly.
2183
2184   void ThreadsManager::exit_threads() {
2185
2186     // Force the woken up threads to exit idle_loop() and hence terminate
2187     allThreadsShouldExit = true;
2188
2189     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2190     {
2191         // Wake up all the threads and waits for termination
2192         if (i != 0)
2193         {
2194             threads[i].wake_up();
2195             while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED) {}
2196         }
2197
2198         // Now we can safely destroy the locks and wait conditions
2199         lock_destroy(&threads[i].sleepLock);
2200         cond_destroy(&threads[i].sleepCond);
2201
2202         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2203             lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2204     }
2205
2206     lock_destroy(&mpLock);
2207   }
2208
2209
2210   // cutoff_at_splitpoint() checks whether a beta cutoff has occurred in
2211   // the thread's currently active split point, or in some ancestor of
2212   // the current split point.
2213
2214   bool ThreadsManager::cutoff_at_splitpoint(int threadID) const {
2215
2216     assert(threadID >= 0 && threadID < activeThreads);
2217
2218     SplitPoint* sp = threads[threadID].splitPoint;
2219
2220     for ( ; sp && !sp->betaCutoff; sp = sp->parent) {}
2221     return sp != NULL;
2222   }
2223
2224
2225   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2226   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2227   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2228   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2229   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2230   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2231   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2232
2233   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2234
2235     assert(slave >= 0 && slave < activeThreads);
2236     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2237     assert(activeThreads > 1);
2238
2239     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2240         return false;
2241
2242     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2243     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2244
2245     // No active split points means that the thread is available as
2246     // a slave for any other thread.
2247     if (localActiveSplitPoints == 0 || activeThreads == 2)
2248         return true;
2249
2250     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2251     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2252     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2253     if (threads[slave].splitPoints[localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2254         return true;
2255
2256     return false;
2257   }
2258
2259
2260   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2261   // a slave for the thread with threadID "master".
2262
2263   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2264
2265     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2266     assert(activeThreads > 1);
2267
2268     for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
2269         if (thread_is_available(i, master))
2270             return true;
2271
2272     return false;
2273   }
2274
2275
2276   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2277   // several available threads. If it does not succeed in splitting the
2278   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2279   // split point objects), the function immediately returns. If splitting is
2280   // possible, a SplitPoint object is initialized with all the data that must be
2281   // copied to the helper threads and we tell our helper threads that they have
2282   // been assigned work. This will cause them to instantly leave their idle loops and
2283   // call search().When all threads have returned from search() then split() returns.
2284
2285   template <bool Fake>
2286   void ThreadsManager::split(Position& pos, SearchStack* ss, Value* alpha, const Value beta,
2287                              Value* bestValue, Depth depth, Move threatMove,
2288                              int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode) {
2289     assert(pos.is_ok());
2290     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2291     assert(*bestValue <= *alpha);
2292     assert(*alpha < beta);
2293     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2294     assert(depth > DEPTH_ZERO);
2295     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
2296     assert(activeThreads > 1);
2297
2298     int i, master = pos.thread();
2299     Thread& masterThread = threads[master];
2300
2301     lock_grab(&mpLock);
2302
2303     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2304     // active split points, don't split.
2305     if (   !available_thread_exists(master)
2306         || masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
2307     {
2308         lock_release(&mpLock);
2309         return;
2310     }
2311
2312     // Pick the next available split point object from the split point stack
2313     SplitPoint& splitPoint = masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints++];
2314
2315     // Initialize the split point object
2316     splitPoint.parent = masterThread.splitPoint;
2317     splitPoint.master = master;
2318     splitPoint.betaCutoff = false;
2319     splitPoint.depth = depth;
2320     splitPoint.threatMove = threatMove;
2321     splitPoint.alpha = *alpha;
2322     splitPoint.beta = beta;
2323     splitPoint.pvNode = pvNode;
2324     splitPoint.bestValue = *bestValue;
2325     splitPoint.mp = mp;
2326     splitPoint.moveCount = moveCount;
2327     splitPoint.pos = &pos;
2328     splitPoint.nodes = 0;
2329     splitPoint.ss = ss;
2330     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2331         splitPoint.slaves[i] = 0;
2332
2333     masterThread.splitPoint = &splitPoint;
2334
2335     // If we are here it means we are not available
2336     assert(masterThread.state != THREAD_AVAILABLE);
2337
2338     int workersCnt = 1; // At least the master is included
2339
2340     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2341     for (i = 0; !Fake && i < activeThreads && workersCnt < maxThreadsPerSplitPoint; i++)
2342         if (thread_is_available(i, master))
2343         {
2344             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2345             threads[i].splitPoint = &splitPoint;
2346             splitPoint.slaves[i] = 1;
2347             workersCnt++;
2348         }
2349
2350     assert(Fake || workersCnt > 1);
2351
2352     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2353     lock_release(&mpLock);
2354
2355     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2356     // their idle loop.
2357     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2358         if (i == master || splitPoint.slaves[i])
2359         {
2360             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2361
2362             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2363
2364             if (useSleepingThreads && i != master)
2365                 threads[i].wake_up();
2366         }
2367
2368     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2369     // which it will instantly launch a search, because its state is
2370     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2371     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2372     // loop when all threads have finished their work at this split point.
2373     idle_loop(master, &splitPoint);
2374
2375     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2376     // finished. Update alpha and bestValue, and return.
2377     lock_grab(&mpLock);
2378
2379     *alpha = splitPoint.alpha;
2380     *bestValue = splitPoint.bestValue;
2381     masterThread.activeSplitPoints--;
2382     masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
2383     pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
2384
2385     lock_release(&mpLock);
2386   }
2387
2388
2389   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
2390
2391   RootMove::RootMove() {
2392
2393     nodes = 0;
2394     pv_score = non_pv_score = -VALUE_INFINITE;
2395     pv[0] = MOVE_NONE;
2396   }
2397
2398   RootMove& RootMove::operator=(const RootMove& rm) {
2399
2400     const Move* src = rm.pv;
2401     Move* dst = pv;
2402
2403     // Avoid a costly full rm.pv[] copy
2404     do *dst++ = *src; while (*src++ != MOVE_NONE);
2405
2406     nodes = rm.nodes;
2407     pv_score = rm.pv_score;
2408     non_pv_score = rm.non_pv_score;
2409     return *this;
2410   }
2411
2412   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2413   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2414   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2415   // long PV to print that is important for position analysis.
2416
2417   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2418
2419     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2420     TTEntry* tte;
2421     int ply = 1;
2422
2423     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_legal(pv[0]));
2424
2425     pos.do_move(pv[0], *st++);
2426
2427     while (   (tte = TT.retrieve(pos.get_key())) != NULL
2428            && tte->move() != MOVE_NONE
2429            && pos.move_is_legal(tte->move())
2430            && ply < PLY_MAX
2431            && (!pos.is_draw() || ply < 2))
2432     {
2433         pv[ply] = tte->move();
2434         pos.do_move(pv[ply++], *st++);
2435     }
2436     pv[ply] = MOVE_NONE;
2437
2438     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2439   }
2440
2441   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2442   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2443   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2444
2445   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2446
2447     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2448     TTEntry* tte;
2449     Key k;
2450     Value v, m = VALUE_NONE;
2451     int ply = 0;
2452
2453     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_legal(pv[0]));
2454
2455     do {
2456         k = pos.get_key();
2457         tte = TT.retrieve(k);
2458
2459         // Don't overwrite existing correct entries
2460         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2461         {
2462             v = (pos.is_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2463             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2464         }
2465         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2466
2467     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2468
2469     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2470   }
2471
2472   // pv_info_to_uci() returns a string with information on the current PV line
2473   // formatted according to UCI specification.
2474
2475   std::string RootMove::pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, int selDepth, Value alpha,
2476                                        Value beta, int pvIdx) {
2477     std::stringstream s;
2478
2479     s << "info depth " << depth
2480       << " seldepth " << selDepth
2481       << " multipv " << pvIdx + 1
2482       << " score " << value_to_uci(pv_score)
2483       << (pv_score >= beta ? " lowerbound" : pv_score <= alpha ? " upperbound" : "")
2484       << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
2485       << " pv ";
2486
2487     for (Move* m = pv; *m != MOVE_NONE; m++)
2488         s << *m << " ";
2489
2490     return s.str();
2491   }
2492
2493
2494   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2495
2496     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
2497     Move* sm;
2498
2499     clear();
2500     bestMoveChanges = 0;
2501
2502     // Generate all legal moves and add them to RootMoveList
2503     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
2504     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
2505     {
2506         // If we have a searchMoves[] list then verify cur->move
2507         // is in the list before to add it.
2508         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != cur->move; sm++) {}
2509
2510         if (searchMoves[0] && *sm != cur->move)
2511             continue;
2512
2513         RootMove rm;
2514         rm.pv[0] = cur->move;
2515         rm.pv[1] = MOVE_NONE;
2516         rm.pv_score = -VALUE_INFINITE;
2517         push_back(rm);
2518     }
2519   }
2520
2521
2522   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
2523   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
2524   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder) {
2525
2526     assert(MultiPV > 1);
2527
2528     // Rml list is already sorted by pv_score in descending order
2529     int s;
2530     int max_s = -VALUE_INFINITE;
2531     int size = Min(MultiPV, (int)Rml.size());
2532     int max = Rml[0].pv_score;
2533     int var = Min(max - Rml[size - 1].pv_score, PawnValueMidgame);
2534     int wk = 120 - 2 * SkillLevel;
2535
2536     // PRNG sequence should be non deterministic
2537     for (int i = abs(get_system_time() % 50); i > 0; i--)
2538         RK.rand<unsigned>();
2539
2540     // Choose best move. For each move's score we add two terms both dependent
2541     // on wk, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
2542     // then we choose the move with the resulting highest score.
2543     for (int i = 0; i < size; i++)
2544     {
2545         s = Rml[i].pv_score;
2546
2547         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
2548         if (i > 0 && Rml[i-1].pv_score > s + EasyMoveMargin)
2549             break;
2550
2551         // This is our magical formula
2552         s += ((max - s) * wk + var * (RK.rand<unsigned>() % wk)) / 128;
2553
2554         if (s > max_s)
2555         {
2556             max_s = s;
2557             *best = Rml[i].pv[0];
2558             *ponder = Rml[i].pv[1];
2559         }
2560     }
2561   }
2562
2563 } // namespace