a383385c8665d2bbfbbbe49d20b8fa0a0e34be9f
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75
76     void resetNodeCounters();
77     void resetBetaCounters();
78     int64_t nodes_searched() const;
79     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
80     bool available_thread_exists(int master) const;
81     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
82     bool thread_should_stop(int threadID) const;
83     void wake_sleeping_threads();
84     void put_threads_to_sleep();
85     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
86     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
87                Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
88
89   private:
90     friend void poll(SearchStack ss[], int ply);
91
92     int ActiveThreads;
93     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
94     Thread threads[MAX_THREADS];
95     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
96
97     Lock MPLock, WaitLock;
98
99 #if !defined(_MSC_VER)
100     pthread_cond_t WaitCond;
101 #else
102     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
103 #endif
104
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
109   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low).
111
112   struct RootMove {
113
114     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
115
116     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
117     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
118     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
119     // have equal score but m1 has the higher node count.
120     bool operator<(const RootMove& m) const {
121
122         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
123     }
124
125     Move move;
126     Value score;
127     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
128     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
129   };
130
131
132   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
133   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
134
135   class RootMoveList {
136
137   public:
138     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
139
140     int move_count() const { return count; }
141     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
142     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
143     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
144     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
145     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
146
147     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
148     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
149     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
150     void sort();
151     void sort_multipv(int n);
152
153   private:
154     static const int MaxRootMoves = 500;
155     RootMove moves[MaxRootMoves];
156     int count;
157   };
158
159
160   /// Adjustments
161
162   // Step 6. Razoring
163
164   // Maximum depth for razoring
165   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
166
167   // Dynamic razoring margin based on depth
168   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
169
170   // Step 8. Null move search with verification search
171
172   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
173   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
174   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
175
176   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
177   const Depth ThreatDepth = 5 * OnePly;
178
179   // Step 9. Internal iterative deepening
180
181   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
182   const Depth IIDDepthAtPVNodes = 5 * OnePly;
183   const Depth IIDDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
184
185   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
186   // when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
187   const Value IIDMargin = Value(0x100);
188
189   // Step 11. Decide the new search depth
190
191   // Extensions. Configurable UCI options
192   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
193   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
194   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
195
196   // Minimum depth for use of singular extension
197   const Depth SingularExtensionDepthAtPVNodes = 6 * OnePly;
198   const Depth SingularExtensionDepthAtNonPVNodes = 8 * OnePly;
199
200   // If the TT move is at least SingularExtensionMargin better then the
201   // remaining ones we will extend it.
202   const Value SingularExtensionMargin = Value(0x20);
203
204   // Step 12. Futility pruning
205
206   // Futility margin for quiescence search
207   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
208
209   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
210   int32_t FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
211   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
212
213   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7 * OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
214   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
215
216   // Step 14. Reduced search
217
218   int ReductionLevel = 2; // 0 = most aggressive reductions, 7 = minimum reductions
219
220   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
221   int8_t    PVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
222   int8_t NonPVReductionMatrix[8][64][64]; // [depth][moveNumber]
223
224   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
225   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[ReductionLevel][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
226
227   // Common adjustments
228
229   // Search depth at iteration 1
230   const Depth InitialDepth = OnePly;
231
232   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
233   // better than the second best move.
234   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
235
236   // Last seconds noise filtering (LSN)
237   const bool UseLSNFiltering = true;
238   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
239   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
240   bool loseOnTime = false;
241
242
243   /// Global variables
244
245   // Iteration counter
246   int Iteration;
247
248   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
249   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
250   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
251
252   // Search window management
253   int AspirationDelta;
254
255   // MultiPV mode
256   int MultiPV;
257
258   // Time managment variables
259   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
260   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
261   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
262   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
263
264   // Show current line?
265   bool ShowCurrentLine;
266
267   // Log file
268   bool UseLogFile;
269   std::ofstream LogFile;
270
271   // Multi-threads related variables
272   Depth MinimumSplitDepth;
273   int MaxThreadsPerSplitPoint;
274   ThreadsManager TM;
275
276   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
277   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
278   int NodesSincePoll;
279   int NodesBetweenPolls = 30000;
280
281   // History table
282   History H;
283
284   /// Local functions
285
286   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
287   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
288   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
289   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
290   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
291   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
292   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
293   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
294   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
295   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
296   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
297   bool value_is_mate(Value value);
298   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
299   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
300   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
301   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
302   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
303   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
304   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
305   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
306   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
307
308   int current_search_time();
309   int nps();
310   void poll(SearchStack ss[], int ply);
311   void ponderhit();
312   void wait_for_stop_or_ponderhit();
313   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
314   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
315
316 #if !defined(_MSC_VER)
317   void *init_thread(void *threadID);
318 #else
319   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
320 #endif
321
322 }
323
324
325 ////
326 //// Functions
327 ////
328
329 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
330 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
331
332 void init_threads() { TM.init_threads(); }
333 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
334 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
335
336
337 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
338 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
339
340 int perft(Position& pos, Depth depth)
341 {
342     StateInfo st;
343     Move move;
344     int sum = 0;
345     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
346
347     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
348     // the moves, just to count them.
349     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
350     {
351         while (mp.get_next_move()) sum++;
352         return sum;
353     }
354
355     // Loop through all legal moves
356     CheckInfo ci(pos);
357     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
358     {
359         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
360         sum += perft(pos, depth - OnePly);
361         pos.undo_move(move);
362     }
363     return sum;
364 }
365
366
367 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
368 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
369 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
370 /// when a quit command is received during the search.
371
372 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
373            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
374            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
375
376   // Initialize global search variables
377   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
378   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
379   NodesSincePoll = 0;
380   TM.resetNodeCounters();
381   SearchStartTime = get_system_time();
382   ExactMaxTime = maxTime;
383   MaxDepth = maxDepth;
384   MaxNodes = maxNodes;
385   InfiniteSearch = infinite;
386   PonderSearch = ponder;
387   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
388
389   // Look for a book move, only during games, not tests
390   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
391   {
392       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
393           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
394
395       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
396       if (bookMove != MOVE_NONE)
397       {
398           if (PonderSearch)
399               wait_for_stop_or_ponderhit();
400
401           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
402           return true;
403       }
404   }
405
406   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
407   if (button_was_pressed("New Game"))
408       loseOnTime = false;
409
410   // Read UCI option values
411   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
412   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
413       TT.clear();
414
415   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
416   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
417   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
418   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
419   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
420   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
421   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
422   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
423   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
424   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
425   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
426   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
427
428   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
429   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
430   ShowCurrentLine         = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
431   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
432   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
433   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
434
435   if (UseLogFile)
436       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
437
438   read_weights(pos.side_to_move());
439
440   // Set the number of active threads
441   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
442   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
443   {
444       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
445       init_eval(TM.active_threads());
446   }
447
448   // Wake up sleeping threads
449   TM.wake_sleeping_threads();
450
451   // Set thinking time
452   int myTime = time[side_to_move];
453   int myIncrement = increment[side_to_move];
454   if (UseTimeManagement)
455   {
456       if (!movesToGo) // Sudden death time control
457       {
458           if (myIncrement)
459           {
460               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
461               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
462           }
463           else // Blitz game without increment
464           {
465               MaxSearchTime = myTime / 30;
466               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
467           }
468       }
469       else // (x moves) / (y minutes)
470       {
471           if (movesToGo == 1)
472           {
473               MaxSearchTime = myTime / 2;
474               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
475           }
476           else
477           {
478               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
479               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
480           }
481       }
482
483       if (get_option_value_bool("Ponder"))
484       {
485           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
486           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
487       }
488   }
489
490   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
491   // heavy time pressure.
492   if (MaxNodes)
493       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
494   else if (myTime && myTime < 1000)
495       NodesBetweenPolls = 1000;
496   else if (myTime && myTime < 5000)
497       NodesBetweenPolls = 5000;
498   else
499       NodesBetweenPolls = 30000;
500
501   // Write search information to log file
502   if (UseLogFile)
503       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
504               << "infinite: "  << infinite
505               << " ponder: "   << ponder
506               << " time: "     << myTime
507               << " increment: " << myIncrement
508               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
509
510   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
511   if (   UseLSNFiltering
512       && loseOnTime)
513   {
514       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
515        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
516            /* wait here */;
517   }
518
519   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
520   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
521
522   if (UseLSNFiltering)
523   {
524       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
525       // decide to lose on time.
526       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
527           && myTime < LSNTime
528           && myIncrement == 0
529           && movesToGo == 0
530           && v < -LSNValue)
531       {
532           loseOnTime = true;
533       }
534       else if (loseOnTime)
535       {
536           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
537           loseOnTime = false;
538       }
539   }
540
541   if (UseLogFile)
542       LogFile.close();
543
544   TM.put_threads_to_sleep();
545
546   return !Quit;
547 }
548
549 // init_reduction_tables() is called by init_search() and initializes
550 // the tables used by LMR.
551 static void init_reduction_tables(int8_t pvTable[64][64], int8_t nonPvTable[64][64], int pvInhib, int nonPvInhib)
552 {
553   double pvBase = 1.001 - log(3.0) * log(16.0) / pvInhib;
554   double nonPvBase = 1.001 - log(3.0) * log(4.0) / nonPvInhib;
555
556   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
557       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
558       {
559           double    pvRed = pvBase    + log(double(i)) * log(double(j)) / pvInhib;
560           double nonPVRed = nonPvBase + log(double(i)) * log(double(j)) / nonPvInhib;
561
562           pvTable[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
563           nonPvTable[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
564       }
565 }
566
567 // init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
568 void init_search() {
569
570   // Init reduction lookup tables
571   for (int i = 0; i < 8; i++)
572       init_reduction_tables(PVReductionMatrix[i], NonPVReductionMatrix[i], int(4 * pow(1.3, i)), int(2 * pow(1.3, i)));
573
574   // Init futility margins array
575   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
576       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
577       {
578           // FIXME: test using log instead of BSR
579           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
580       }
581
582   // Init futility move count array
583   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
584       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
585 }
586
587
588 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
589 // new search from the root.
590 void SearchStack::init(int ply) {
591
592   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
593   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
594   reduction = Depth(0);
595   eval = VALUE_NONE;
596 }
597
598 void SearchStack::initKillers() {
599
600   mateKiller = MOVE_NONE;
601   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
602       killers[i] = MOVE_NONE;
603 }
604
605 namespace {
606
607   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
608   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
609   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
610   // reached.
611
612   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
613
614     Position p(pos);
615     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
616     Move EasyMove = MOVE_NONE;
617     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
618
619     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
620     RootMoveList rml(p, searchMoves);
621
622     // Handle special case of searching on a mate/stale position
623     if (rml.move_count() == 0)
624     {
625         if (PonderSearch)
626             wait_for_stop_or_ponderhit();
627
628         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
629     }
630
631     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
632     // so to output information also for iteration 1.
633     cout << "info depth " << 1
634          << "\ninfo depth " << 1
635          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
636          << " time " << current_search_time()
637          << " nodes " << TM.nodes_searched()
638          << " nps " << nps()
639          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
640
641     // Initialize
642     TT.new_search();
643     H.clear();
644     init_ss_array(ss);
645     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
646     Iteration = 1;
647
648     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
649     if (   rml.move_count() == 1
650         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
651         EasyMove = rml.get_move(0);
652
653     // Iterative deepening loop
654     while (Iteration < PLY_MAX)
655     {
656         // Initialize iteration
657         Iteration++;
658         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
659
660         cout << "info depth " << Iteration << endl;
661
662         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
663         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
664         {
665             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
666             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
667
668             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
669             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
670
671             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
672             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
673         }
674
675         // Choose optimum reduction level
676         ReductionLevel = 2;
677
678         if (UseTimeManagement)
679         {
680             int level = int(floor(log(float(MaxSearchTime) / current_search_time()) / log(2.0) + 1.0));
681             ReductionLevel = Min(Max(level, 0), 7);
682         }
683         else
684         {
685             //FIXME
686         }
687
688         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
689         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
690
691         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
692         // been overwritten during the search.
693         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
694
695         if (AbortSearch)
696             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
697
698         //Save info about search result
699         ValueByIteration[Iteration] = value;
700
701         // Drop the easy move if differs from the new best move
702         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
703             EasyMove = MOVE_NONE;
704
705         if (UseTimeManagement)
706         {
707             // Time to stop?
708             bool stopSearch = false;
709
710             // Stop search early if there is only a single legal move,
711             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
712             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
713                 stopSearch = true;
714
715             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
716             if (  Iteration >= 6
717                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
718                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
719                 stopSearch = true;
720
721             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
722             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
723             if (   Iteration >= 8
724                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
725                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
726                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
727                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
728                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
729                 stopSearch = true;
730
731             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
732             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
733                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
734                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
735
736             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
737             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
738             // move at the next iteration anyway.
739             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
740                 stopSearch = true;
741
742             if (stopSearch)
743             {
744                 if (PonderSearch)
745                     StopOnPonderhit = true;
746                 else
747                     break;
748             }
749         }
750
751         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
752             break;
753     }
754
755     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
756     // best move before we are told to do so.
757     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
758         wait_for_stop_or_ponderhit();
759     else
760         // Print final search statistics
761         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
762              << " nps " << nps()
763              << " time " << current_search_time()
764              << " hashfull " << TT.full() << endl;
765
766     // Print the best move and the ponder move to the standard output
767     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
768     {
769         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
770         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
771     }
772
773     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
774
775     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
776
777     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
778         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
779
780     cout << endl;
781
782     if (UseLogFile)
783     {
784         if (dbg_show_mean)
785             dbg_print_mean(LogFile);
786
787         if (dbg_show_hit_rate)
788             dbg_print_hit_rate(LogFile);
789
790         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
791                 << "\nNodes/second: " << nps()
792                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
793
794         StateInfo st;
795         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
796         LogFile << "\nPonder move: "
797                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
798                 << endl;
799     }
800     return rml.get_move_score(0);
801   }
802
803
804   // root_search() is the function which searches the root node. It is
805   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
806   // scheme, prints some information to the standard output and handles
807   // the fail low/high loops.
808
809   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
810
811     EvalInfo ei;
812     StateInfo st;
813     CheckInfo ci(pos);
814     int64_t nodes;
815     Move move;
816     Depth depth, ext, newDepth;
817     Value value, alpha, beta;
818     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
819     int researchCountFH, researchCountFL;
820
821     researchCountFH = researchCountFL = 0;
822     alpha = *alphaPtr;
823     beta = *betaPtr;
824     isCheck = pos.is_check();
825
826     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
827     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
828     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
829     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
830
831     // Step 5. Evaluate the position statically
832     // At root we do this only to get reference value for child nodes
833     if (!isCheck)
834         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
835     else
836         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
837
838     // Step 6. Razoring (omitted at root)
839     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
840     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
841     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
842
843     // Step extra. Fail low loop
844     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
845     // with bigger window until we are not failing low anymore.
846     while (1)
847     {
848         // Sort the moves before to (re)search
849         rml.sort();
850
851         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
852         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
853         {
854             // This is used by time management
855             FirstRootMove = (i == 0);
856
857             // Save the current node count before the move is searched
858             nodes = TM.nodes_searched();
859
860             // Reset beta cut-off counters
861             TM.resetBetaCounters();
862
863             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
864             // the standard output.
865             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
866
867             if (current_search_time() >= 1000)
868                 cout << "info currmove " << move
869                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
870
871             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
872             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
873
874             // Step 11. Decide the new search depth
875             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
876             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
877             newDepth = depth + ext;
878
879             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
880
881             // Step extra. Fail high loop
882             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
883             // high anymore.
884             value = - VALUE_INFINITE;
885
886             while (1)
887             {
888                 // Step 13. Make the move
889                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
890
891                 // Step extra. pv search
892                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
893                 // and for fail high research (value > alpha)
894                 if (i < MultiPV || value > alpha)
895                 {
896                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
897                     if (MultiPV > 1)
898                         alpha = -VALUE_INFINITE;
899
900                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
901                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
902                 }
903                 else
904                 {
905                     // Step 14. Reduced search
906                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
907                     bool doFullDepthSearch = true;
908
909                     if (    depth >= 3 * OnePly
910                         && !dangerous
911                         && !captureOrPromotion
912                         && !move_is_castle(move))
913                     {
914                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
915                         if (ss[0].reduction)
916                         {
917                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
918                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
919                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
920                         }
921                     }
922
923                     // Step 15. Full depth search
924                     if (doFullDepthSearch)
925                     {
926                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
927                         ss[0].reduction = Depth(0);
928                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
929
930                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
931                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
932                         if (value > alpha)
933                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
934                     }
935                 }
936
937                 // Step 16. Undo move
938                 pos.undo_move(move);
939
940                 // Can we exit fail high loop ?
941                 if (AbortSearch || value < beta)
942                     break;
943
944                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
945                 // the score before research in case we run out of time while researching.
946                 rml.set_move_score(i, value);
947                 update_pv(ss, 0);
948                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
949                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
950
951                 // Print information to the standard output
952                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
953
954                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
955                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
956                 researchCountFH++;
957
958             } // End of fail high loop
959
960             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
961             // was aborted because the user interrupted the search or because we
962             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
963             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
964             // move and/or PV.
965             if (AbortSearch)
966                 break;
967
968             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
969             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
970             int64_t our, their;
971             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
972             rml.set_beta_counters(i, our, their);
973             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
974
975             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
976             assert(value < beta);
977
978             // Step 17. Check for new best move
979             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
980                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
981             else
982             {
983                 // PV move or new best move!
984
985                 // Update PV
986                 rml.set_move_score(i, value);
987                 update_pv(ss, 0);
988                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
989                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
990
991                 if (MultiPV == 1)
992                 {
993                     // We record how often the best move has been changed in each
994                     // iteration. This information is used for time managment: When
995                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
996                     if (i > 0)
997                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
998
999                     // Print information to the standard output
1000                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
1001
1002                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
1003                     if (value > alpha)
1004                         alpha = value;
1005                 }
1006                 else // MultiPV > 1
1007                 {
1008                     rml.sort_multipv(i);
1009                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
1010                     {
1011                         cout << "info multipv " << j + 1
1012                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
1013                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
1014                              << " time " << current_search_time()
1015                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1016                              << " nps " << nps()
1017                              << " pv ";
1018
1019                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1020                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1021
1022                         cout << endl;
1023                     }
1024                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
1025                 }
1026             } // PV move or new best move
1027
1028             assert(alpha >= *alphaPtr);
1029
1030             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1031
1032             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1033                 StopOnPonderhit = false;
1034         }
1035
1036         // Can we exit fail low loop ?
1037         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1038             break;
1039
1040         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1041         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1042         researchCountFL++;
1043
1044     } // Fail low loop
1045
1046     // Sort the moves before to return
1047     rml.sort();
1048
1049     return alpha;
1050   }
1051
1052
1053   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1054
1055   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1056                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1057
1058     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1059     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1060     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1061     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1062
1063     Move movesSearched[256];
1064     EvalInfo ei;
1065     StateInfo st;
1066     const TTEntry* tte;
1067     Move ttMove, move;
1068     Depth ext, newDepth;
1069     Value bestValue, value, oldAlpha;
1070     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1071     bool mateThreat = false;
1072     int moveCount = 0;
1073     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1074
1075     if (depth < OnePly)
1076         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1077
1078     // Step 1. Initialize node and poll
1079     // Polling can abort search.
1080     init_node(ss, ply, threadID);
1081
1082     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1083     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1084         return Value(0);
1085
1086     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1087         return VALUE_DRAW;
1088
1089     // Step 3. Mate distance pruning
1090     oldAlpha = alpha;
1091     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1092     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1093     if (alpha >= beta)
1094         return alpha;
1095
1096     // Step 4. Transposition table lookup
1097     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1098     // This is to avoid problems in the following areas:
1099     //
1100     // * Repetition draw detection
1101     // * Fifty move rule detection
1102     // * Searching for a mate
1103     // * Printing of full PV line
1104     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1105     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1106
1107     // Step 5. Evaluate the position statically
1108     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1109     isCheck = pos.is_check();
1110     if (!isCheck)
1111     {
1112         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1113         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1114     }
1115
1116     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1117     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1118     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1119
1120     // Step 9. Internal iterative deepening
1121     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1122         && ttMove == MOVE_NONE)
1123     {
1124         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1125         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1126         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1127     }
1128
1129     // Step 10. Loop through moves
1130     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1131
1132     // Initialize a MovePicker object for the current position
1133     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1134     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1135     CheckInfo ci(pos);
1136
1137     while (   alpha < beta
1138            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1139            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1140     {
1141       assert(move_is_ok(move));
1142
1143       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1144       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1145       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1146
1147       // Step 11. Decide the new search depth
1148       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1149
1150       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1151       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1152       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1153       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1154           && tte
1155           && move == tte->move()
1156           && ext < OnePly
1157           && is_lower_bound(tte->type())
1158           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1159       {
1160           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1161
1162           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1163           {
1164               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1165
1166               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1167                   ext = OnePly;
1168           }
1169       }
1170
1171       newDepth = depth - OnePly + ext;
1172
1173       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1174       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1175
1176       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1177
1178       // Step 13. Make the move
1179       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1180
1181       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1182       // The first move in list is the expected PV
1183       if (moveCount == 1)
1184           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1185       else
1186       {
1187         // Step 14. Reduced search
1188         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1189         bool doFullDepthSearch = true;
1190
1191         if (    depth >= 3 * OnePly
1192             && !dangerous
1193             && !captureOrPromotion
1194             && !move_is_castle(move)
1195             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1196         {
1197             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1198             if (ss[ply].reduction)
1199             {
1200                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1201                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1202             }
1203         }
1204
1205         // Step 15. Full depth search
1206         if (doFullDepthSearch)
1207         {
1208             ss[ply].reduction = Depth(0);
1209             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1210
1211             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1212             if (value > alpha && value < beta)
1213                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1214         }
1215       }
1216
1217       // Step 16. Undo move
1218       pos.undo_move(move);
1219
1220       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1221
1222       // Step 17. Check for new best move
1223       if (value > bestValue)
1224       {
1225           bestValue = value;
1226           if (value > alpha)
1227           {
1228               alpha = value;
1229               update_pv(ss, ply);
1230               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1231                   ss[ply].mateKiller = move;
1232           }
1233       }
1234
1235       // Step 18. Check for split
1236       if (   TM.active_threads() > 1
1237           && bestValue < beta
1238           && depth >= MinimumSplitDepth
1239           && Iteration <= 99
1240           && TM.available_thread_exists(threadID)
1241           && !AbortSearch
1242           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1243           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1244                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1245           break;
1246     }
1247
1248     // Step 19. Check for mate and stalemate
1249     // All legal moves have been searched and if there were
1250     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1251     if (moveCount == 0)
1252         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1253
1254     // Step 20. Update tables
1255     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1256     // history counters, and killer moves.
1257     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1258         return bestValue;
1259
1260     if (bestValue <= oldAlpha)
1261         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1262
1263     else if (bestValue >= beta)
1264     {
1265         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1266         move = ss[ply].pv[ply];
1267         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1268         {
1269             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1270             update_killers(move, ss[ply]);
1271         }
1272         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1273     }
1274     else
1275         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1276
1277     return bestValue;
1278   }
1279
1280
1281   // search() is the search function for zero-width nodes.
1282
1283   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1284                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1285
1286     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1287     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1288     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1289
1290     Move movesSearched[256];
1291     EvalInfo ei;
1292     StateInfo st;
1293     const TTEntry* tte;
1294     Move ttMove, move;
1295     Depth ext, newDepth;
1296     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1297     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1298     bool mateThreat = false;
1299     int moveCount = 0;
1300     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1301
1302     if (depth < OnePly)
1303         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1304
1305     // Step 1. Initialize node and poll
1306     // Polling can abort search.
1307     init_node(ss, ply, threadID);
1308
1309     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1310     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1311         return Value(0);
1312
1313     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1314         return VALUE_DRAW;
1315
1316     // Step 3. Mate distance pruning
1317     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1318         return beta;
1319
1320     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1321         return beta - 1;
1322
1323     // Step 4. Transposition table lookup
1324
1325     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1326     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1327     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1328
1329     tte = TT.retrieve(posKey);
1330     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1331
1332     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1333     {
1334         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1335         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1336     }
1337
1338     // Step 5. Evaluate the position statically
1339     isCheck = pos.is_check();
1340
1341     if (!isCheck)
1342     {
1343         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1344             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1345         else
1346             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1347
1348         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1349         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1350     }
1351
1352     // Step 6. Razoring
1353     if (   !value_is_mate(beta)
1354         && !isCheck
1355         && depth < RazorDepth
1356         && refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1357         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1358         && ttMove == MOVE_NONE
1359         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1360     {
1361         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1362         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1363         if (v < rbeta)
1364             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1365             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1366             return v;
1367     }
1368
1369     // Step 7. Static null move pruning
1370     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1371     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1372     if (  !isCheck
1373         && allowNullmove
1374         && depth < RazorDepth
1375         && refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1376         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1377
1378     // Step 8. Null move search with verification search
1379     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1380     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1381     // NullMoveMargin under beta.
1382     if (    allowNullmove
1383         &&  depth > OnePly
1384         && !isCheck
1385         && !value_is_mate(beta)
1386         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1387         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1388     {
1389         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1390
1391         pos.do_null_move(st);
1392
1393         // Null move dynamic reduction based on depth
1394         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1395
1396         // Null move dynamic reduction based on value
1397         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1398             R++;
1399
1400         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1401
1402         pos.undo_null_move();
1403
1404         if (nullValue >= beta)
1405         {
1406             // Do not return unproven mate scores
1407             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
1408                 nullValue = beta;
1409
1410             if (depth < 6 * OnePly)
1411                 return nullValue;
1412
1413             // Do zugzwang verification search
1414             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1415             if (v >= beta)
1416                 return nullValue;
1417         } else {
1418             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1419             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1420             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1421             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1422             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1423             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1424             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1425                 mateThreat = true;
1426
1427             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1428             if (   depth < ThreatDepth
1429                 && ss[ply - 1].reduction
1430                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1431                 return beta - 1;
1432         }
1433     }
1434
1435     // Step 9. Internal iterative deepening
1436     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1437         && ttMove == MOVE_NONE
1438         && !isCheck
1439         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1440     {
1441         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1442         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1443         tte = TT.retrieve(posKey);
1444     }
1445
1446     // Step 10. Loop through moves
1447     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1448
1449     // Initialize a MovePicker object for the current position
1450     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1451     CheckInfo ci(pos);
1452
1453     while (   bestValue < beta
1454            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1455            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1456     {
1457       assert(move_is_ok(move));
1458
1459       if (move == excludedMove)
1460           continue;
1461
1462       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1463       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1464       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1465
1466       // Step 11. Decide the new search depth
1467       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1468
1469       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1470       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1471       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1472       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1473           && tte
1474           && move == tte->move()
1475           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1476           && ext < OnePly
1477           && is_lower_bound(tte->type())
1478           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1479       {
1480           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1481
1482           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1483           {
1484               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1485
1486               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1487                   ext = OnePly;
1488           }
1489       }
1490
1491       newDepth = depth - OnePly + ext;
1492
1493       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1494       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1495
1496       // Step 12. Futility pruning
1497       if (   !isCheck
1498           && !dangerous
1499           && !captureOrPromotion
1500           && !move_is_castle(move)
1501           &&  move != ttMove)
1502       {
1503           // Move count based pruning
1504           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1505               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1506               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1507               continue;
1508
1509           // Value based pruning
1510           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1511           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1512                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1513
1514           if (futilityValueScaled < beta)
1515           {
1516               if (futilityValueScaled > bestValue)
1517                   bestValue = futilityValueScaled;
1518               continue;
1519           }
1520       }
1521
1522       // Step 13. Make the move
1523       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1524
1525       // Step 14. Reduced search
1526       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1527       bool doFullDepthSearch = true;
1528
1529       if (    depth >= 3*OnePly
1530           && !dangerous
1531           && !captureOrPromotion
1532           && !move_is_castle(move)
1533           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1534       {
1535           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1536           if (ss[ply].reduction)
1537           {
1538               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1539               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1540           }
1541       }
1542
1543       // Step 15. Full depth search
1544       if (doFullDepthSearch)
1545       {
1546           ss[ply].reduction = Depth(0);
1547           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1548       }
1549
1550       // Step 16. Undo move
1551       pos.undo_move(move);
1552
1553       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1554
1555       // Step 17. Check for new best move
1556       if (value > bestValue)
1557       {
1558           bestValue = value;
1559           if (value >= beta)
1560               update_pv(ss, ply);
1561
1562           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1563               ss[ply].mateKiller = move;
1564       }
1565
1566       // Step 18. Check for split
1567       if (   TM.active_threads() > 1
1568           && bestValue < beta
1569           && depth >= MinimumSplitDepth
1570           && Iteration <= 99
1571           && TM.available_thread_exists(threadID)
1572           && !AbortSearch
1573           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1574           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1575                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1576           break;
1577     }
1578
1579     // Step 19. Check for mate and stalemate
1580     // All legal moves have been searched and if there were
1581     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1582     // If one move was excluded return fail low.
1583     if (!moveCount)
1584         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1585
1586     // Step 20. Update tables
1587     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1588     // history counters, and killer moves.
1589     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1590         return bestValue;
1591
1592     if (bestValue < beta)
1593         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1594     else
1595     {
1596         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1597         move = ss[ply].pv[ply];
1598         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1599         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1600         {
1601             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1602             update_killers(move, ss[ply]);
1603         }
1604
1605     }
1606
1607     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1608
1609     return bestValue;
1610   }
1611
1612
1613   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1614   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1615   // less than OnePly).
1616
1617   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1618                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1619
1620     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1621     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1622     assert(depth <= 0);
1623     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1624     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1625
1626     EvalInfo ei;
1627     StateInfo st;
1628     Move ttMove, move;
1629     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1630     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1631     const TTEntry* tte = NULL;
1632     int moveCount = 0;
1633     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1634     Value oldAlpha = alpha;
1635
1636     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1637     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1638     init_node(ss, ply, threadID);
1639
1640     // After init_node() that calls poll()
1641     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1642         return Value(0);
1643
1644     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1645         return VALUE_DRAW;
1646
1647     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1648     // pruning, but only for move ordering.
1649     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1650     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1651
1652     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1653     {
1654         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1655
1656         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1657         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1658     }
1659
1660     isCheck = pos.is_check();
1661
1662     // Evaluate the position statically
1663     if (isCheck)
1664         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1665     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1666         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1667     else
1668         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1669
1670     if (!isCheck)
1671     {
1672         ss[ply].eval = staticValue;
1673         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1674     }
1675
1676     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1677     // at least beta.
1678     bestValue = staticValue;
1679
1680     if (bestValue >= beta)
1681     {
1682         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1683         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1684             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1685
1686         return bestValue;
1687     }
1688
1689     if (bestValue > alpha)
1690         alpha = bestValue;
1691
1692     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1693     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1694
1695     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1696     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1697     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1698     // and we are near beta) will be generated.
1699     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1700     CheckInfo ci(pos);
1701     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1702     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1703
1704     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1705     // occurs.
1706     while (   alpha < beta
1707            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1708     {
1709       assert(move_is_ok(move));
1710
1711       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1712
1713       // Update current move
1714       moveCount++;
1715       ss[ply].currentMove = move;
1716
1717       // Futility pruning
1718       if (   enoughMaterial
1719           && !isCheck
1720           && !pvNode
1721           && !moveIsCheck
1722           &&  move != ttMove
1723           && !move_is_promotion(move)
1724           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1725       {
1726           futilityValue =  futilityBase
1727                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1728                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1729
1730           if (futilityValue < alpha)
1731           {
1732               if (futilityValue > bestValue)
1733                   bestValue = futilityValue;
1734               continue;
1735           }
1736       }
1737
1738       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1739       evasionPrunable =   isCheck
1740                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1741                        && !pos.move_is_capture(move)
1742                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1743                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1744
1745       // Don't search moves with negative SEE values
1746       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1747           && !pvNode
1748           &&  move != ttMove
1749           && !move_is_promotion(move)
1750           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1751           continue;
1752
1753       // Make and search the move
1754       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1755       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1756       pos.undo_move(move);
1757
1758       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1759
1760       // New best move?
1761       if (value > bestValue)
1762       {
1763           bestValue = value;
1764           if (value > alpha)
1765           {
1766               alpha = value;
1767               update_pv(ss, ply);
1768           }
1769        }
1770     }
1771
1772     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1773     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1774     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1775         return value_mated_in(ply);
1776
1777     // Update transposition table
1778     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1779     if (bestValue <= oldAlpha)
1780     {
1781         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1782         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1783         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1784         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1785     }
1786     else if (bestValue >= beta)
1787     {
1788         move = ss[ply].pv[ply];
1789         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1790
1791         // Update killers only for good checking moves
1792         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1793             update_killers(move, ss[ply]);
1794     }
1795     else
1796         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1797
1798     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1799
1800     return bestValue;
1801   }
1802
1803
1804   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1805   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1806   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1807   // table, done a null move search, and searched the first move before
1808   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1809   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1810   // care of after we return from the split point.
1811
1812   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1813
1814     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1815     assert(TM.active_threads() > 1);
1816
1817     StateInfo st;
1818     Move move;
1819     Depth ext, newDepth;
1820     Value value, futilityValueScaled;
1821     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1822     int moveCount;
1823     value = -VALUE_INFINITE;
1824
1825     Position pos(*sp->pos);
1826     CheckInfo ci(pos);
1827     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1828     isCheck = pos.is_check();
1829
1830     // Step 10. Loop through moves
1831     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1832     lock_grab(&(sp->lock));
1833
1834     while (    sp->bestValue < sp->beta
1835            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1836            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1837     {
1838       moveCount = ++sp->moves;
1839       lock_release(&(sp->lock));
1840
1841       assert(move_is_ok(move));
1842
1843       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1844       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1845
1846       // Step 11. Decide the new search depth
1847       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1848       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1849
1850       // Update current move
1851       ss[sp->ply].currentMove = move;
1852
1853       // Step 12. Futility pruning
1854       if (   !isCheck
1855           && !dangerous
1856           && !captureOrPromotion
1857           && !move_is_castle(move))
1858       {
1859           // Move count based pruning
1860           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1861               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1862               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1863           {
1864               lock_grab(&(sp->lock));
1865               continue;
1866           }
1867
1868           // Value based pruning
1869           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1870           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1871                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1872
1873           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1874           {
1875               lock_grab(&(sp->lock));
1876
1877               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1878                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1879               continue;
1880           }
1881       }
1882
1883       // Step 13. Make the move
1884       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1885
1886       // Step 14. Reduced search
1887       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1888       bool doFullDepthSearch = true;
1889
1890       if (   !dangerous
1891           && !captureOrPromotion
1892           && !move_is_castle(move)
1893           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1894       {
1895           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1896           if (ss[sp->ply].reduction)
1897           {
1898               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1899               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1900           }
1901       }
1902
1903       // Step 15. Full depth search
1904       if (doFullDepthSearch)
1905       {
1906           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1907           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1908       }
1909
1910       // Step 16. Undo move
1911       pos.undo_move(move);
1912
1913       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1914
1915       // Step 17. Check for new best move
1916       lock_grab(&(sp->lock));
1917
1918       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1919       {
1920           sp->bestValue = value;
1921           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1922           {
1923               sp->stopRequest = true;
1924               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1925           }
1926       }
1927     }
1928
1929     /* Here we have the lock still grabbed */
1930
1931     sp->slaves[threadID] = 0;
1932     sp->cpus--;
1933
1934     lock_release(&(sp->lock));
1935   }
1936
1937
1938   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1939   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1940   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1941   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1942   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1943   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1944   // after we return from the split point.
1945
1946   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1947
1948     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1949     assert(TM.active_threads() > 1);
1950
1951     StateInfo st;
1952     Move move;
1953     Depth ext, newDepth;
1954     Value value;
1955     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1956     int moveCount;
1957     value = -VALUE_INFINITE;
1958
1959     Position pos(*sp->pos);
1960     CheckInfo ci(pos);
1961     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1962
1963     // Step 10. Loop through moves
1964     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1965     lock_grab(&(sp->lock));
1966
1967     while (    sp->alpha < sp->beta
1968            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1969            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1970     {
1971       moveCount = ++sp->moves;
1972       lock_release(&(sp->lock));
1973
1974       assert(move_is_ok(move));
1975
1976       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1977       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1978
1979       // Step 11. Decide the new search depth
1980       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1981       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1982
1983       // Update current move
1984       ss[sp->ply].currentMove = move;
1985
1986       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1987
1988       // Step 13. Make the move
1989       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1990
1991       // Step 14. Reduced search
1992       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1993       bool doFullDepthSearch = true;
1994
1995       if (   !dangerous
1996           && !captureOrPromotion
1997           && !move_is_castle(move)
1998           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1999       {
2000           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
2001           if (ss[sp->ply].reduction)
2002           {
2003               Value localAlpha = sp->alpha;
2004               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
2005               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
2006           }
2007       }
2008
2009       // Step 15. Full depth search
2010       if (doFullDepthSearch)
2011       {
2012           Value localAlpha = sp->alpha;
2013           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
2014           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
2015
2016           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
2017           {
2018               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
2019               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
2020               localAlpha = sp->alpha;
2021               if (localAlpha < sp->beta)
2022                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2023           }
2024       }
2025
2026       // Step 16. Undo move
2027       pos.undo_move(move);
2028
2029       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2030
2031       // Step 17. Check for new best move
2032       lock_grab(&(sp->lock));
2033
2034       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2035       {
2036           sp->bestValue = value;
2037           if (value > sp->alpha)
2038           {
2039               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2040               if (value >= sp->beta)
2041                   sp->stopRequest = true;
2042
2043               sp->alpha = value;
2044
2045               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2046               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2047                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2048           }
2049       }
2050     }
2051
2052     /* Here we have the lock still grabbed */
2053
2054     sp->slaves[threadID] = 0;
2055     sp->cpus--;
2056
2057     lock_release(&(sp->lock));
2058   }
2059
2060
2061   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2062   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2063   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2064   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2065   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2066
2067   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2068
2069     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2070     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2071
2072     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2073
2074     if (threadID == 0)
2075     {
2076         NodesSincePoll++;
2077         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2078         {
2079             poll(ss, ply);
2080             NodesSincePoll = 0;
2081         }
2082     }
2083     ss[ply].init(ply);
2084     ss[ply + 2].initKillers();
2085   }
2086
2087
2088   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2089   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2090   // current node.
2091
2092   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2093
2094     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2095
2096     int p;
2097
2098     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2099
2100     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2101         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2102
2103     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2104   }
2105
2106
2107   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2108   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2109   // the PV at the parent node.
2110
2111   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2112
2113     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2114
2115     int p;
2116
2117     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2118
2119     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2120         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2121
2122     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2123   }
2124
2125
2126   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2127   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2128   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2129   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2130   // second move is assumed to be a move from the current position.
2131
2132   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2133
2134     Square f1, t1, f2, t2;
2135     Piece p;
2136
2137     assert(move_is_ok(m1));
2138     assert(move_is_ok(m2));
2139
2140     if (m2 == MOVE_NONE)
2141         return false;
2142
2143     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2144     f2 = move_from(m2);
2145     t1 = move_to(m1);
2146     if (f2 == t1)
2147         return true;
2148
2149     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2150     t2 = move_to(m2);
2151     f1 = move_from(m1);
2152     if (t2 == f1)
2153         return true;
2154
2155     // Case 3: Moving through the vacated square
2156     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2157         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2158       return true;
2159
2160     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2161     p = pos.piece_on(t1);
2162     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2163         return true;
2164
2165     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2166     if (    piece_is_slider(p)
2167         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2168         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2169     {
2170         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2171         // move is the opposite of the checking piece.
2172         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2173         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2174
2175         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2176             return true;
2177     }
2178     return false;
2179   }
2180
2181
2182   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2183   // eventually compensated for the ply.
2184
2185   bool value_is_mate(Value value) {
2186
2187     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2188
2189     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2190           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2191   }
2192
2193
2194   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2195   // killer moves of that ply.
2196
2197   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2198
2199       const Move* k = ss.killers;
2200       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2201           if (*k == m)
2202               return true;
2203
2204       return false;
2205   }
2206
2207
2208   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2209   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2210   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2211   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2212   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2213   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2214
2215   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2216                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2217
2218     assert(m != MOVE_NONE);
2219
2220     Depth result = Depth(0);
2221     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2222
2223     if (*dangerous)
2224     {
2225         if (moveIsCheck)
2226             result += CheckExtension[pvNode];
2227
2228         if (singleEvasion)
2229             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2230
2231         if (mateThreat)
2232             result += MateThreatExtension[pvNode];
2233     }
2234
2235     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2236     {
2237         Color c = pos.side_to_move();
2238         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2239         {
2240             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2241             *dangerous = true;
2242         }
2243         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2244         {
2245             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2246             *dangerous = true;
2247         }
2248     }
2249
2250     if (   captureOrPromotion
2251         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2252         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2253             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2254         && !move_is_promotion(m)
2255         && !move_is_ep(m))
2256     {
2257         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2258         *dangerous = true;
2259     }
2260
2261     if (   pvNode
2262         && captureOrPromotion
2263         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2264         && pos.see_sign(m) >= 0)
2265     {
2266         result += OnePly/2;
2267         *dangerous = true;
2268     }
2269
2270     return Min(result, OnePly);
2271   }
2272
2273
2274   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2275   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2276   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2277   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2278   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2279   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2280   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2281
2282   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2283
2284     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2285   }
2286
2287
2288   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2289   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2290   // candidates for pruning.
2291
2292   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2293
2294     assert(move_is_ok(m));
2295     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2296     assert(!pos.move_is_check(m));
2297     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2298     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2299
2300     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2301
2302     // Prune if there isn't any threat move
2303     if (threat == MOVE_NONE)
2304         return true;
2305
2306     mfrom = move_from(m);
2307     mto = move_to(m);
2308     tfrom = move_from(threat);
2309     tto = move_to(threat);
2310
2311     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2312     if (mfrom == tto)
2313         return false;
2314
2315     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2316     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2317     if (   pos.move_is_capture(threat)
2318         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2319             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2320         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2321         return false;
2322
2323     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2324     // prune safe moves which block its ray.
2325     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2326         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2327         && pos.see_sign(m) >= 0)
2328         return false;
2329
2330     return true;
2331   }
2332
2333
2334   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2335   // can be used at a given point in search.
2336
2337   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2338
2339     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2340
2341     return   (   tte->depth() >= depth
2342               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2343               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2344
2345           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2346               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2347   }
2348
2349
2350   // refine_eval() returns the transposition table score if
2351   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2352
2353   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2354
2355       if (!tte)
2356           return defaultEval;
2357
2358       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2359
2360       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2361           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2362           return v;
2363
2364       return defaultEval;
2365   }
2366
2367
2368   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2369   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2370
2371   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2372                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2373
2374     Move m;
2375
2376     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2377
2378     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2379     {
2380         m = movesSearched[i];
2381
2382         assert(m != move);
2383
2384         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2385             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2386     }
2387   }
2388
2389
2390   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2391   // among the killer moves of that ply.
2392
2393   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2394
2395     if (m == ss.killers[0])
2396         return;
2397
2398     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2399         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2400
2401     ss.killers[0] = m;
2402   }
2403
2404
2405   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2406   // the static position evaluation before and after the move.
2407
2408   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2409
2410     if (   m != MOVE_NULL
2411         && before != VALUE_NONE
2412         && after != VALUE_NONE
2413         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2414         && !move_is_castle(m)
2415         && !move_is_promotion(m))
2416         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2417   }
2418
2419
2420   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2421   // since the beginning of the current search.
2422
2423   int current_search_time() {
2424
2425     return get_system_time() - SearchStartTime;
2426   }
2427
2428
2429   // nps() computes the current nodes/second count.
2430
2431   int nps() {
2432
2433     int t = current_search_time();
2434     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2435   }
2436
2437
2438   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2439   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2440   // search.
2441
2442   void poll(SearchStack ss[], int ply) {
2443
2444     static int lastInfoTime;
2445     int t = current_search_time();
2446
2447     //  Poll for input
2448     if (Bioskey())
2449     {
2450         // We are line oriented, don't read single chars
2451         std::string command;
2452
2453         if (!std::getline(std::cin, command))
2454             command = "quit";
2455
2456         if (command == "quit")
2457         {
2458             AbortSearch = true;
2459             PonderSearch = false;
2460             Quit = true;
2461             return;
2462         }
2463         else if (command == "stop")
2464         {
2465             AbortSearch = true;
2466             PonderSearch = false;
2467         }
2468         else if (command == "ponderhit")
2469             ponderhit();
2470     }
2471
2472     // Print search information
2473     if (t < 1000)
2474         lastInfoTime = 0;
2475
2476     else if (lastInfoTime > t)
2477         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2478         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2479         lastInfoTime = 0;
2480
2481     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2482     {
2483         lastInfoTime = t;
2484
2485         if (dbg_show_mean)
2486             dbg_print_mean();
2487
2488         if (dbg_show_hit_rate)
2489             dbg_print_hit_rate();
2490
2491         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2492              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2493
2494         // We only support current line printing in single thread mode
2495         if (ShowCurrentLine && TM.active_threads() == 1)
2496         {
2497             cout << "info currline";
2498             for (int p = 0; p < ply; p++)
2499                 cout << " " << ss[p].currentMove;
2500
2501             cout << endl;
2502         }
2503     }
2504
2505     // Should we stop the search?
2506     if (PonderSearch)
2507         return;
2508
2509     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2510                            && !AspirationFailLow
2511                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2512
2513     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2514                      || stillAtFirstMove;
2515
2516     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2517         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2518         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2519         AbortSearch = true;
2520   }
2521
2522
2523   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2524   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2525   // it correctly predicted the opponent's move.
2526
2527   void ponderhit() {
2528
2529     int t = current_search_time();
2530     PonderSearch = false;
2531
2532     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2533                            && !AspirationFailLow
2534                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2535
2536     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2537                      || stillAtFirstMove;
2538
2539     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2540         AbortSearch = true;
2541   }
2542
2543
2544   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2545
2546   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2547
2548     for (int i = 0; i < 3; i++)
2549     {
2550         ss[i].init(i);
2551         ss[i].initKillers();
2552     }
2553   }
2554
2555
2556   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2557   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2558   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2559   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2560   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2561   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2562
2563   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2564
2565     std::string command;
2566
2567     while (true)
2568     {
2569         if (!std::getline(std::cin, command))
2570             command = "quit";
2571
2572         if (command == "quit")
2573         {
2574             Quit = true;
2575             break;
2576         }
2577         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2578             break;
2579     }
2580   }
2581
2582
2583   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2584   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2585
2586   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2587
2588     cout << "info depth " << Iteration
2589          << " score " << value_to_string(value)
2590          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2591             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2592          << " time "  << current_search_time()
2593          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2594          << " nps "   << nps()
2595          << " pv ";
2596
2597     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2598         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2599
2600     cout << endl;
2601
2602     if (UseLogFile)
2603     {
2604         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2605             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2606
2607         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2608                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2609     }
2610   }
2611
2612
2613   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2614   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2615   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2616   // threads and one for Windows threads.
2617
2618 #if !defined(_MSC_VER)
2619
2620   void* init_thread(void *threadID) {
2621
2622     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2623     return NULL;
2624   }
2625
2626 #else
2627
2628   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2629
2630     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2631     return 0;
2632   }
2633
2634 #endif
2635
2636
2637   /// The ThreadsManager class
2638
2639   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2640   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2641   // counters used to sort the moves at root.
2642
2643   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2644
2645     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2646         threads[i].nodes = 0ULL;
2647   }
2648
2649   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2650
2651     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2652         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2653   }
2654
2655   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2656
2657     int64_t result = 0ULL;
2658     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2659         result += threads[i].nodes;
2660
2661     return result;
2662   }
2663
2664   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2665
2666     our = their = 0UL;
2667     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2668     {
2669         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2670         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2671     }
2672   }
2673
2674
2675   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2676   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2677   // object for which the current thread is the master.
2678
2679   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2680
2681     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2682
2683     while (true)
2684     {
2685         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2686         // master should exit as last one.
2687         if (AllThreadsShouldExit)
2688         {
2689             assert(!waitSp);
2690             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2691             return;
2692         }
2693
2694         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2695         // instead of wasting CPU time polling for work.
2696         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2697         {
2698             assert(!waitSp);
2699             assert(threadID != 0);
2700             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2701
2702 #if !defined(_MSC_VER)
2703             lock_grab(&WaitLock);
2704             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2705                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2706             lock_release(&WaitLock);
2707 #else
2708             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2709 #endif
2710         }
2711
2712         // If thread has just woken up, mark it as available
2713         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2714             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2715
2716         // If this thread has been assigned work, launch a search
2717         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2718         {
2719             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2720
2721             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2722
2723             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2724                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2725             else
2726                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2727
2728             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2729
2730             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2731         }
2732
2733         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2734         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2735         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2736         {
2737             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2738
2739             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2740             return;
2741         }
2742     }
2743   }
2744
2745
2746   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2747   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2748   // objects.
2749
2750   void ThreadsManager::init_threads() {
2751
2752     volatile int i;
2753     bool ok;
2754
2755 #if !defined(_MSC_VER)
2756     pthread_t pthread[1];
2757 #endif
2758
2759     // Initialize global locks
2760     lock_init(&MPLock, NULL);
2761     lock_init(&WaitLock, NULL);
2762
2763 #if !defined(_MSC_VER)
2764     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2765 #else
2766     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2767         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2768 #endif
2769
2770     // Initialize SplitPointStack locks
2771     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2772         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2773         {
2774             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2775             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2776         }
2777
2778     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2779     AllThreadsShouldExit = false;
2780
2781     // Threads will be put to sleep as soon as created
2782     AllThreadsShouldSleep = true;
2783
2784     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2785     ActiveThreads = 1;
2786     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2787     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2788         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2789
2790     // Launch the helper threads
2791     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2792     {
2793
2794 #if !defined(_MSC_VER)
2795         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2796 #else
2797         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2798 #endif
2799
2800         if (!ok)
2801         {
2802             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2803             Application::exit_with_failure();
2804         }
2805
2806         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2807         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2808     }
2809   }
2810
2811
2812   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2813   // helper threads exit cleanly.
2814
2815   void ThreadsManager::exit_threads() {
2816
2817     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2818     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2819     wake_sleeping_threads();
2820
2821     // This makes the threads to exit idle_loop()
2822     AllThreadsShouldExit = true;
2823
2824     // Wait for thread termination
2825     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2826         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2827
2828     // Now we can safely destroy the locks
2829     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2830         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2831             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2832
2833     lock_destroy(&WaitLock);
2834     lock_destroy(&MPLock);
2835   }
2836
2837
2838   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2839   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2840   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2841
2842   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2843
2844     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2845
2846     SplitPoint* sp;
2847
2848     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2849     return sp != NULL;
2850   }
2851
2852
2853   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2854   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2855   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2856   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2857   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2858   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2859   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2860
2861   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2862
2863     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2864     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2865     assert(ActiveThreads > 1);
2866
2867     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2868         return false;
2869
2870     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2871     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2872
2873     if (localActiveSplitPoints == 0)
2874         // No active split points means that the thread is available as
2875         // a slave for any other thread.
2876         return true;
2877
2878     if (ActiveThreads == 2)
2879         return true;
2880
2881     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2882     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2883     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2884     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2885         return true;
2886
2887     return false;
2888   }
2889
2890
2891   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2892   // a slave for the thread with threadID "master".
2893
2894   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2895
2896     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2897     assert(ActiveThreads > 1);
2898
2899     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2900         if (thread_is_available(i, master))
2901             return true;
2902
2903     return false;
2904   }
2905
2906
2907   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2908   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2909   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2910   // split point objects), the function immediately returns false. If
2911   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2912   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2913   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2914   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2915   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2916   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2917   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2918
2919   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2920              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2921              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2922
2923     assert(p.is_ok());
2924     assert(sstck != NULL);
2925     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2926     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2927     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2928            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2929     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2930     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2931     assert(depth > Depth(0));
2932     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2933     assert(ActiveThreads > 1);
2934
2935     SplitPoint* splitPoint;
2936
2937     lock_grab(&MPLock);
2938
2939     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2940     // active split points, don't split.
2941     if (   !available_thread_exists(master)
2942         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2943     {
2944         lock_release(&MPLock);
2945         return false;
2946     }
2947
2948     // Pick the next available split point object from the split point stack
2949     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2950
2951     // Initialize the split point object
2952     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2953     splitPoint->stopRequest = false;
2954     splitPoint->ply = ply;
2955     splitPoint->depth = depth;
2956     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2957     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2958     splitPoint->beta = beta;
2959     splitPoint->pvNode = pvNode;
2960     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2961     splitPoint->master = master;
2962     splitPoint->mp = mp;
2963     splitPoint->moves = *moves;
2964     splitPoint->cpus = 1;
2965     splitPoint->pos = &p;
2966     splitPoint->parentSstack = sstck;
2967     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2968         splitPoint->slaves[i] = 0;
2969
2970     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2971     threads[master].activeSplitPoints++;
2972
2973     // If we are here it means we are not available
2974     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2975
2976     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2977     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2978         if (thread_is_available(i, master))
2979         {
2980             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2981             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2982             splitPoint->slaves[i] = 1;
2983             splitPoint->cpus++;
2984         }
2985
2986     assert(splitPoint->cpus > 1);
2987
2988     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2989     lock_release(&MPLock);
2990
2991     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2992     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2993     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2994         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2995         {
2996             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2997
2998             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2999
3000             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
3001         }
3002
3003     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
3004     // which it will instantly launch a search, because its state is
3005     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
3006     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
3007     // loop when all threads have finished their work at this split point
3008     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
3009     idle_loop(master, splitPoint);
3010
3011     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
3012     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
3013     lock_grab(&MPLock);
3014
3015     if (pvNode)
3016         *alpha = splitPoint->alpha;
3017
3018     *bestValue = splitPoint->bestValue;
3019     threads[master].activeSplitPoints--;
3020     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
3021
3022     lock_release(&MPLock);
3023     return true;
3024   }
3025
3026
3027   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
3028   // to start a new search from the root.
3029
3030   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3031
3032     assert(AllThreadsShouldSleep);
3033     assert(ActiveThreads > 0);
3034
3035     AllThreadsShouldSleep = false;
3036
3037     if (ActiveThreads == 1)
3038         return;
3039
3040 #if !defined(_MSC_VER)
3041     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3042     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3043     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3044 #else
3045     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3046         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3047 #endif
3048
3049   }
3050
3051
3052   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3053   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3054   // finished the job and should be idle.
3055
3056   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3057
3058     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3059
3060     // This makes the threads to go to sleep
3061     AllThreadsShouldSleep = true;
3062   }
3063
3064   /// The RootMoveList class
3065
3066   // RootMoveList c'tor
3067
3068   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3069
3070     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3071     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3072     StateInfo st;
3073     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3074
3075     // Generate all legal moves
3076     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3077
3078     // Add each move to the moves[] array
3079     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3080     {
3081         bool includeMove = includeAllMoves;
3082
3083         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3084             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3085
3086         if (!includeMove)
3087             continue;
3088
3089         // Find a quick score for the move
3090         init_ss_array(ss);
3091         pos.do_move(cur->move, st);
3092         moves[count].move = cur->move;
3093         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3094         moves[count].pv[0] = cur->move;
3095         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3096         pos.undo_move(cur->move);
3097         count++;
3098     }
3099     sort();
3100   }
3101
3102
3103   // RootMoveList simple methods definitions
3104
3105   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3106
3107     moves[moveNum].nodes = nodes;
3108     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3109   }
3110
3111   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3112
3113     moves[moveNum].ourBeta = our;
3114     moves[moveNum].theirBeta = their;
3115   }
3116
3117   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3118
3119     int j;
3120
3121     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3122         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3123
3124     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3125   }
3126
3127
3128   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3129   // iteration.
3130
3131   void RootMoveList::sort() {
3132
3133     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3134   }
3135
3136
3137   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3138   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3139   // correctly in MultiPV mode.
3140
3141   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3142
3143     int i,j;
3144
3145     for (i = 1; i <= n; i++)
3146     {
3147         RootMove rm = moves[i];
3148         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3149             moves[j] = moves[j - 1];
3150
3151         moves[j] = rm;
3152     }
3153   }
3154
3155 } // namspace