Assume input FEN string is correct in from_fen()
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>
23 #include <fstream>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26 #include <vector>
27
28 #include "book.h"
29 #include "evaluate.h"
30 #include "history.h"
31 #include "misc.h"
32 #include "move.h"
33 #include "movegen.h"
34 #include "movepick.h"
35 #include "search.h"
36 #include "timeman.h"
37 #include "thread.h"
38 #include "tt.h"
39 #include "ucioption.h"
40
41 using std::cout;
42 using std::endl;
43
44 namespace {
45
46   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
47   const bool FakeSplit = false;
48
49   // Different node types, used as template parameter
50   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
51
52   // RootMove struct is used for moves at the root of the tree. For each root
53   // move, we store two scores, a node count, and a PV (really a refutation
54   // in the case of moves which fail low). Value pv_score is normally set at
55   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves, while non_pv_score is computed
56   // according to the order in which moves are returned by MovePicker.
57   struct RootMove {
58
59     RootMove();
60     RootMove(const RootMove& rm) { *this = rm; }
61     RootMove& operator=(const RootMove& rm);
62
63     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
64     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
65     // than a move m2 if it has an higher pv_score, or if it has
66     // equal pv_score but m1 has the higher non_pv_score. In this way
67     // we are guaranteed that PV moves are always sorted as first.
68     bool operator<(const RootMove& m) const {
69       return pv_score != m.pv_score ? pv_score < m.pv_score
70                                     : non_pv_score < m.non_pv_score;
71     }
72
73     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
74     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
75
76     int64_t nodes;
77     Value pv_score;
78     Value non_pv_score;
79     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
80   };
81
82   // RootMoveList struct is just a vector of RootMove objects,
83   // with an handful of methods above the standard ones.
84   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
85
86     typedef std::vector<RootMove> Base;
87
88     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
89     void sort() { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), end()); }
90     void sort_first(int n) { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), begin() + n); }
91
92     int bestMoveChanges;
93   };
94
95
96   /// Constants
97
98   // Lookup table to check if a Piece is a slider and its access function
99   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
100   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
101
102   // Step 6. Razoring
103
104   // Maximum depth for razoring
105   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
106
107   // Dynamic razoring margin based on depth
108   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
109
110   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
111   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
112
113   // Step 9. Internal iterative deepening
114
115   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
116   const Depth IIDDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 5 * ONE_PLY };
117
118   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
119   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
120   const Value IIDMargin = Value(0x100);
121
122   // Step 11. Decide the new search depth
123
124   // Extensions. Array index 0 is used for non-PV nodes, index 1 for PV nodes
125   const Depth CheckExtension[]         = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 1 };
126   const Depth PawnEndgameExtension[]   = { ONE_PLY / 1, ONE_PLY / 1 };
127   const Depth PawnPushTo7thExtension[] = { ONE_PLY / 2, ONE_PLY / 2 };
128   const Depth PassedPawnExtension[]    = {  DEPTH_ZERO, ONE_PLY / 2 };
129
130   // Minimum depth for use of singular extension
131   const Depth SingularExtensionDepth[] = { 8 * ONE_PLY, 6 * ONE_PLY };
132
133   // Step 12. Futility pruning
134
135   // Futility margin for quiescence search
136   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
137
138   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
139   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
140   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
141
142   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
143
144     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[Max(d, 1)][Min(mn, 63)]
145                            : 2 * VALUE_INFINITE;
146   }
147
148   inline int futility_move_count(Depth d) {
149
150     return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCounts[d] : MAX_MOVES;
151   }
152
153   // Step 14. Reduced search
154
155   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
156   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
157
158   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
159
160     return (Depth) Reductions[PvNode][Min(d / ONE_PLY, 63)][Min(mn, 63)];
161   }
162
163   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
164   // better than the second best move.
165   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
166
167
168   /// Namespace variables
169
170   // Root move list
171   RootMoveList Rml;
172
173   // MultiPV mode
174   int MultiPV, UCIMultiPV;
175
176   // Time management variables
177   bool StopOnPonderhit, FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
178   TimeManager TimeMgr;
179   SearchLimits Limits;
180
181   // Log file
182   std::ofstream LogFile;
183
184   // Skill level adjustment
185   int SkillLevel;
186   bool SkillLevelEnabled;
187
188   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
189   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
190   bool SendSearchedNodes;
191   int NodesSincePoll;
192   int NodesBetweenPolls = 30000;
193
194   // History table
195   History H;
196
197
198   /// Local functions
199
200   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
201
202   template <NodeType NT>
203   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
204
205   template <NodeType NT>
206   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
207
208   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
209   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
210   Value value_to_tt(Value v, int ply);
211   Value value_from_tt(Value v, int ply);
212   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
213   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
214   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
215   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
216   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
217   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder);
218
219   int current_search_time(int set = 0);
220   std::string score_to_uci(Value v, Value alpha, Value beta);
221   std::string speed_to_uci(int64_t nodes);
222   std::string pv_to_uci(Move pv[], int pvNum);
223   std::string depth_to_uci(Depth depth);
224   void poll(const Position& pos);
225   void wait_for_stop_or_ponderhit();
226
227   // MovePickerExt template class extends MovePicker and allows to choose at compile
228   // time the proper moves source according to the type of node. In the default case
229   // we simply create and use a standard MovePicker object.
230   template<NodeType> struct MovePickerExt : public MovePicker {
231
232     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
233                   : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
234
235     RootMove& current() { assert(false); return Rml[0]; } // Dummy, needed to compile
236   };
237
238   // In case of a SpNode we use split point's shared MovePicker object as moves source
239   template<> struct MovePickerExt<SplitPointNonPV> : public MovePickerExt<NonPV> {
240
241     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
242                   : MovePickerExt<NonPV>(p, ttm, d, h, ss, b), mp(ss->sp->mp) {}
243
244     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
245     MovePicker* mp;
246   };
247
248   template<> struct MovePickerExt<SplitPointPV> : public MovePickerExt<SplitPointNonPV> {
249
250     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
251                   : MovePickerExt<SplitPointNonPV>(p, ttm, d, h, ss, b) {}
252   };
253
254   // In case of a Root node we use RootMoveList as moves source
255   template<> struct MovePickerExt<Root> : public MovePicker {
256
257     MovePickerExt(const Position&, Move, Depth, const History&, SearchStack*, Value);
258     RootMove& current() { return Rml[cur]; }
259     Move get_next_move() { return ++cur < (int)Rml.size() ? Rml[cur].pv[0] : MOVE_NONE; }
260
261     int cur;
262   };
263
264   // Overload operator<<() to make it easier to print moves in a coordinate
265   // notation compatible with UCI protocol.
266   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
267
268     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
269     return os << move_to_uci(m, chess960);
270   }
271
272   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
273   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
274   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
275   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
276   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
277   // operator<<() that will read it to properly format castling moves.
278   enum set960 {};
279
280   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
281
282     os.iword(0) = int(f);
283     return os;
284   }
285
286   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
287   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
288   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
289   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
290   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
291   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
292   template <bool PvNode>
293   FORCE_INLINE Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
294                                bool moveIsCheck, bool* dangerous) {
295     assert(m != MOVE_NONE);
296
297     Depth result = DEPTH_ZERO;
298     *dangerous = moveIsCheck;
299
300     if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
301         result += CheckExtension[PvNode];
302
303     if (piece_type(pos.piece_on(move_from(m))) == PAWN)
304     {
305         Color c = pos.side_to_move();
306         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
307         {
308             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
309             *dangerous = true;
310         }
311         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
312         {
313             result += PassedPawnExtension[PvNode];
314             *dangerous = true;
315         }
316     }
317
318     if (   captureOrPromotion
319         && piece_type(pos.piece_on(move_to(m))) != PAWN
320         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
321             - piece_value_midgame(pos.piece_on(move_to(m))) == VALUE_ZERO)
322         && !move_is_special(m))
323     {
324         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
325         *dangerous = true;
326     }
327
328     return Min(result, ONE_PLY);
329   }
330
331 } // namespace
332
333
334 /// init_search() is called during startup to initialize various lookup tables
335
336 void init_search() {
337
338   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
339   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
340   int mc; // moveCount
341
342   // Init reductions array
343   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
344   {
345       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
346       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
347       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
348       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
349   }
350
351   // Init futility margins array
352   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
353       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
354
355   // Init futility move count array
356   for (d = 0; d < 32; d++)
357       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
358 }
359
360
361 /// perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up to
362 /// the given depth are generated and counted and the sum returned.
363
364 int64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
365
366   MoveStack mlist[MAX_MOVES];
367   StateInfo st;
368   Move m;
369   int64_t sum = 0;
370
371   // Generate all legal moves
372   MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
373
374   // If we are at the last ply we don't need to do and undo
375   // the moves, just to count them.
376   if (depth <= ONE_PLY)
377       return int(last - mlist);
378
379   // Loop through all legal moves
380   CheckInfo ci(pos);
381   for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
382   {
383       m = cur->move;
384       pos.do_move(m, st, ci, pos.move_gives_check(m, ci));
385       sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
386       pos.undo_move(m);
387   }
388   return sum;
389 }
390
391
392 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
393 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various global
394 /// variables, and calls id_loop(). It returns false when a "quit" command is
395 /// received during the search.
396
397 bool think(Position& pos, const SearchLimits& limits, Move searchMoves[]) {
398
399   static Book book;
400
401   // Initialize global search-related variables
402   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
403   NodesSincePoll = 0;
404   current_search_time(get_system_time());
405   Limits = limits;
406   TimeMgr.init(Limits, pos.full_moves());
407
408   // Set output steram in normal or chess960 mode
409   cout << set960(pos.is_chess960());
410
411   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under time pressure
412   if (Limits.maxNodes)
413       NodesBetweenPolls = Min(Limits.maxNodes, 30000);
414   else if (Limits.time && Limits.time < 1000)
415       NodesBetweenPolls = 1000;
416   else if (Limits.time && Limits.time < 5000)
417       NodesBetweenPolls = 5000;
418   else
419       NodesBetweenPolls = 30000;
420
421   // Look for a book move
422   if (Options["OwnBook"].value<bool>())
423   {
424       if (Options["Book File"].value<std::string>() != book.name())
425           book.open(Options["Book File"].value<std::string>());
426
427       Move bookMove = book.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
428       if (bookMove != MOVE_NONE)
429       {
430           if (Limits.ponder)
431               wait_for_stop_or_ponderhit();
432
433           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
434           return !QuitRequest;
435       }
436   }
437
438   // Read UCI options
439   UCIMultiPV = Options["MultiPV"].value<int>();
440   SkillLevel = Options["Skill Level"].value<int>();
441
442   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
443   Threads.read_uci_options();
444
445   // If needed allocate pawn and material hash tables and adjust TT size
446   Threads.init_hash_tables();
447   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
448
449   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
450   {
451       Options["Clear Hash"].set_value("false");
452       TT.clear();
453   }
454
455   // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV that
456   // we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
457   SkillLevelEnabled = (SkillLevel < 20);
458   MultiPV = (SkillLevelEnabled ? Max(UCIMultiPV, 4) : UCIMultiPV);
459
460   // Wake up needed threads and reset maxPly counter
461   for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
462   {
463       Threads[i].wake_up();
464       Threads[i].maxPly = 0;
465   }
466
467   // Write to log file and keep it open to be accessed during the search
468   if (Options["Use Search Log"].value<bool>())
469   {
470       std::string name = Options["Search Log Filename"].value<std::string>();
471       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
472
473       if (LogFile.is_open())
474           LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
475                   << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
476                   << " ponder: "      << Limits.ponder
477                   << " time: "        << Limits.time
478                   << " increment: "   << Limits.increment
479                   << " moves to go: " << Limits.movesToGo
480                   << endl;
481   }
482
483   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
484   Move ponderMove = MOVE_NONE;
485   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
486
487   // Write final search statistics and close log file
488   if (LogFile.is_open())
489   {
490       int t = current_search_time();
491
492       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
493               << "\nNodes/second: " << (t > 0 ? pos.nodes_searched() * 1000 / t : 0)
494               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
495
496       StateInfo st;
497       pos.do_move(bestMove, st);
498       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
499       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
500       LogFile.close();
501   }
502
503   // This makes all the threads to go to sleep
504   Threads.set_size(1);
505
506   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
507   // best move before we are told to do so.
508   if (!StopRequest && (Limits.ponder || Limits.infinite))
509       wait_for_stop_or_ponderhit();
510
511   // Could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
512   cout << "bestmove " << bestMove;
513
514   // UCI protol is not clear on allowing sending an empty ponder move, instead
515   // it is clear that ponder move is optional. So skip it if empty.
516   if (ponderMove != MOVE_NONE)
517       cout << " ponder " << ponderMove;
518
519   cout << endl;
520
521   return !QuitRequest;
522 }
523
524
525 namespace {
526
527   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
528   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
529   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
530
531   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
532
533     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
534     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
535     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
536     int depth, aspirationDelta;
537     Value value, alpha, beta;
538     Move bestMove, easyMove, skillBest, skillPonder;
539
540     // Initialize stuff before a new search
541     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
542     TT.new_search();
543     H.clear();
544     *ponderMove = bestMove = easyMove = skillBest = skillPonder = MOVE_NONE;
545     depth = aspirationDelta = 0;
546     alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
547     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
548
549     // Moves to search are verified and copied
550     Rml.init(pos, searchMoves);
551
552     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
553     if (!Rml.size())
554     {
555         cout << "info" << depth_to_uci(DEPTH_ZERO)
556              << score_to_uci(pos.in_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW, alpha, beta) << endl;
557
558         return MOVE_NONE;
559     }
560
561     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
562     while (!StopRequest && ++depth <= PLY_MAX && (!Limits.maxDepth || depth <= Limits.maxDepth))
563     {
564         Rml.bestMoveChanges = 0;
565
566         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
567         if (MultiPV == 1 && depth >= 5 && abs(bestValues[depth - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
568         {
569             int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
570             int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
571
572             aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
573             aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
574
575             alpha = Max(bestValues[depth - 1] - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
576             beta  = Min(bestValues[depth - 1] + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
577         }
578
579         // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
580         // research with bigger window until not failing high/low anymore.
581         do {
582             // Search starting from ss+1 to allow calling update_gains()
583             value = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
584
585             // Write PV back to transposition table in case the relevant entries
586             // have been overwritten during the search.
587             for (int i = 0; i < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); i++)
588                 Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
589
590             // Value cannot be trusted. Break out immediately!
591             if (StopRequest)
592                 break;
593
594             // Send full PV info to GUI if we are going to leave the loop or
595             // if we have a fail high/low and we are deep in the search.
596             if ((value > alpha && value < beta) || current_search_time() > 2000)
597                 for (int i = 0; i < Min(UCIMultiPV, (int)Rml.size()); i++)
598                     cout << "info"
599                          << depth_to_uci(depth * ONE_PLY)
600                          << score_to_uci(Rml[i].pv_score, alpha, beta)
601                          << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
602                          << pv_to_uci(Rml[i].pv, i + 1) << endl;
603
604             // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
605             // otherwise exit the fail high/low loop.
606             if (value >= beta)
607             {
608                 beta = Min(beta + aspirationDelta, VALUE_INFINITE);
609                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
610             }
611             else if (value <= alpha)
612             {
613                 AspirationFailLow = true;
614                 StopOnPonderhit = false;
615
616                 alpha = Max(alpha - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
617                 aspirationDelta += aspirationDelta / 2;
618             }
619             else
620                 break;
621
622         } while (abs(value) < VALUE_KNOWN_WIN);
623
624         // Collect info about search result
625         bestMove = Rml[0].pv[0];
626         *ponderMove = Rml[0].pv[1];
627         bestValues[depth] = value;
628         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
629
630         // Do we need to pick now the best and the ponder moves ?
631         if (SkillLevelEnabled && depth == 1 + SkillLevel)
632             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
633
634         if (LogFile.is_open())
635             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), Rml[0].pv) << endl;
636
637         // Init easyMove after first iteration or drop if differs from the best move
638         if (depth == 1 && (Rml.size() == 1 || Rml[0].pv_score > Rml[1].pv_score + EasyMoveMargin))
639             easyMove = bestMove;
640         else if (bestMove != easyMove)
641             easyMove = MOVE_NONE;
642
643         // Check for some early stop condition
644         if (!StopRequest && Limits.useTimeManagement())
645         {
646             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
647             if (   depth >= 5
648                 && abs(bestValues[depth])     >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
649                 && abs(bestValues[depth - 1]) >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
650                 StopRequest = true;
651
652             // Stop search early if one move seems to be much better than the
653             // others or if there is only a single legal move. Also in the latter
654             // case we search up to some depth anyway to get a proper score.
655             if (   depth >= 7
656                 && easyMove == bestMove
657                 && (   Rml.size() == 1
658                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
659                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
660                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
661                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
662                 StopRequest = true;
663
664             // Take in account some extra time if the best move has changed
665             if (depth > 4 && depth < 50)
666                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth - 1]);
667
668             // Stop search if most of available time is already consumed. We probably don't
669             // have enough time to search the first move at the next iteration anyway.
670             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
671                 StopRequest = true;
672
673             // If we are allowed to ponder do not stop the search now but keep pondering
674             if (StopRequest && Limits.ponder)
675             {
676                 StopRequest = false;
677                 StopOnPonderhit = true;
678             }
679         }
680     }
681
682     // When using skills overwrite best and ponder moves with the sub-optimal ones
683     if (SkillLevelEnabled)
684     {
685         if (skillBest == MOVE_NONE) // Still unassigned ?
686             do_skill_level(&skillBest, &skillPonder);
687
688         bestMove = skillBest;
689         *ponderMove = skillPonder;
690     }
691
692     return bestMove;
693   }
694
695
696   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
697   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
698   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
699   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
700   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
701   // here: This is taken care of after we return from the split point.
702
703   template <NodeType NT>
704   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
705
706     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV);
707     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV);
708     const bool RootNode = (NT == Root);
709
710     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
711     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
712     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
713     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
714
715     Move movesSearched[MAX_MOVES];
716     int64_t nodes;
717     StateInfo st;
718     const TTEntry *tte;
719     Key posKey;
720     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
721     Depth ext, newDepth;
722     ValueType vt;
723     Value bestValue, value, oldAlpha;
724     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValueScaled; // Non-PV specific
725     bool isPvMove, inCheck, singularExtensionNode, givesCheck, captureOrPromotion, dangerous;
726     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
727     Thread& thread = Threads[pos.thread()];
728     SplitPoint* sp = NULL;
729
730     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
731     oldAlpha = alpha;
732     inCheck = pos.in_check();
733     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
734
735     // Used to send selDepth info to GUI
736     if (PvNode && thread.maxPly < ss->ply)
737         thread.maxPly = ss->ply;
738
739     if (SpNode)
740     {
741         sp = ss->sp;
742         tte = NULL;
743         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
744         threatMove = sp->threatMove;
745         goto split_point_start;
746     }
747
748     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
749     ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
750     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
751     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
752
753     if (pos.thread() == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
754     {
755         NodesSincePoll = 0;
756         poll(pos);
757     }
758
759     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
760     if ((   StopRequest
761          || pos.is_draw<false>()
762          || ss->ply > PLY_MAX) && !RootNode)
763         return VALUE_DRAW;
764
765     // Step 3. Mate distance pruning
766     if (!RootNode)
767     {
768         alpha = Max(value_mated_in(ss->ply), alpha);
769         beta = Min(value_mate_in(ss->ply+1), beta);
770         if (alpha >= beta)
771             return alpha;
772     }
773
774     // Step 4. Transposition table lookup
775     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
776     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
777     excludedMove = ss->excludedMove;
778     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
779
780     tte = TT.probe(posKey);
781     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
782
783     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
784     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
785     // smooth experience in analysis mode.
786     if (tte && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
787                        : ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ss->ply)))
788     {
789         TT.refresh(tte);
790         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
791         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
792     }
793
794     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
795     if (inCheck)
796         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
797     else if (tte)
798     {
799         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
800
801         ss->eval = tte->static_value();
802         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
803         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ss->ply);
804     }
805     else
806     {
807         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
808         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
809     }
810
811     // Save gain for the parent non-capture move
812     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
813
814     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
815     if (   !PvNode
816         &&  depth < RazorDepth
817         && !inCheck
818         &&  refinedValue + razor_margin(depth) < beta
819         &&  ttMove == MOVE_NONE
820         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
821         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
822     {
823         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
824         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
825         if (v < rbeta)
826             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
827             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
828             return v;
829     }
830
831     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
832     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
833     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
834     if (   !PvNode
835         && !ss->skipNullMove
836         &&  depth < RazorDepth
837         && !inCheck
838         &&  refinedValue - futility_margin(depth, 0) >= beta
839         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
840         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
841         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
842
843     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
844     if (   !PvNode
845         && !ss->skipNullMove
846         &&  depth > ONE_PLY
847         && !inCheck
848         &&  refinedValue >= beta
849         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX
850         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
851     {
852         ss->currentMove = MOVE_NULL;
853
854         // Null move dynamic reduction based on depth
855         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
856
857         // Null move dynamic reduction based on value
858         if (refinedValue - PawnValueMidgame > beta)
859             R++;
860
861         pos.do_null_move(st);
862         (ss+1)->skipNullMove = true;
863         nullValue = depth-R*ONE_PLY < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
864                                               : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY);
865         (ss+1)->skipNullMove = false;
866         pos.undo_null_move();
867
868         if (nullValue >= beta)
869         {
870             // Do not return unproven mate scores
871             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
872                 nullValue = beta;
873
874             if (depth < 6 * ONE_PLY)
875                 return nullValue;
876
877             // Do verification search at high depths
878             ss->skipNullMove = true;
879             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY);
880             ss->skipNullMove = false;
881
882             if (v >= beta)
883                 return nullValue;
884         }
885         else
886         {
887             // The null move failed low, which means that we may be faced with
888             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
889             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
890             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
891             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
892             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
893             threatMove = (ss+1)->bestMove;
894
895             if (   depth < ThreatDepth
896                 && (ss-1)->reduction
897                 && threatMove != MOVE_NONE
898                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
899                 return beta - 1;
900         }
901     }
902
903     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
904     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
905     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
906     // prune the previous move.
907     if (   !PvNode
908         &&  depth >= RazorDepth + ONE_PLY
909         && !inCheck
910         && !ss->skipNullMove
911         &&  excludedMove == MOVE_NONE
912         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
913     {
914         Value rbeta = beta + 200;
915         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
916
917         assert(rdepth >= ONE_PLY);
918
919         MovePicker mp(pos, ttMove, H, pos.captured_piece_type());
920         CheckInfo ci(pos);
921
922         while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
923             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
924             {
925                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
926                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
927                 pos.undo_move(move);
928                 if (value >= rbeta)
929                     return value;
930             }
931     }
932
933     // Step 10. Internal iterative deepening
934     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
935         && ttMove == MOVE_NONE
936         && (PvNode || (!inCheck && ss->eval + IIDMargin >= beta)))
937     {
938         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
939
940         ss->skipNullMove = true;
941         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
942         ss->skipNullMove = false;
943
944         tte = TT.probe(posKey);
945         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
946     }
947
948 split_point_start: // At split points actual search starts from here
949
950     // Initialize a MovePicker object for the current position
951     MovePickerExt<NT> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
952     CheckInfo ci(pos);
953     ss->bestMove = MOVE_NONE;
954     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
955     singularExtensionNode =   !RootNode
956                            && !SpNode
957                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
958                            && ttMove != MOVE_NONE
959                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
960                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
961                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
962     if (SpNode)
963     {
964         lock_grab(&(sp->lock));
965         bestValue = sp->bestValue;
966     }
967
968     // Step 11. Loop through moves
969     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
970     while (   bestValue < beta
971            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
972            && !thread.cutoff_occurred())
973     {
974       assert(move_is_ok(move));
975
976       if (move == excludedMove)
977           continue;
978
979       // At PV and SpNode nodes we want the moves to be legal
980       if ((PvNode || SpNode) && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
981           continue;
982
983       if (SpNode)
984       {
985           moveCount = ++sp->moveCount;
986           lock_release(&(sp->lock));
987       }
988       else
989           moveCount++;
990
991       if (RootNode)
992       {
993           // This is used by time management
994           FirstRootMove = (moveCount == 1);
995
996           // Save the current node count before the move is searched
997           nodes = pos.nodes_searched();
998
999           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
1000           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1001           if (SendSearchedNodes)
1002           {
1003               SendSearchedNodes = false;
1004               cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
1005           }
1006
1007           // For long searches send to GUI current move
1008           if (current_search_time() > 2000)
1009               cout << "info" << depth_to_uci(depth)
1010                    << " currmove " << move << " currmovenumber " << moveCount << endl;
1011       }
1012
1013       // At Root and at first iteration do a PV search on all the moves to score root moves
1014       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (RootNode ? depth <= ONE_PLY ? MAX_MOVES : MultiPV : 1));
1015       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1016       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1017
1018       // Step 12. Decide the new search depth
1019       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, givesCheck, &dangerous);
1020
1021       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
1022       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
1023       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
1024       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
1025       // a margin then we extend ttMove.
1026       if (   singularExtensionNode
1027           && move == ttMove
1028           && pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
1029           && ext < ONE_PLY)
1030       {
1031           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1032
1033           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1034           {
1035               Value rBeta = ttValue - int(depth);
1036               ss->excludedMove = move;
1037               ss->skipNullMove = true;
1038               Value v = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
1039               ss->skipNullMove = false;
1040               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1041               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1042               if (v < rBeta)
1043                   ext = ONE_PLY;
1044           }
1045       }
1046
1047       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1048       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1049
1050       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1051       if (   !PvNode
1052           && !captureOrPromotion
1053           && !inCheck
1054           && !dangerous
1055           &&  move != ttMove
1056           && !move_is_castle(move))
1057       {
1058           // Move count based pruning
1059           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1060               && (!threatMove || !connected_threat(pos, move, threatMove))
1061               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX) // FIXME bestValue is racy
1062           {
1063               if (SpNode)
1064                   lock_grab(&(sp->lock));
1065
1066               continue;
1067           }
1068
1069           // Value based pruning
1070           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1071           // but fixing this made program slightly weaker.
1072           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1073           futilityValueScaled =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1074                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1075
1076           if (futilityValueScaled < beta)
1077           {
1078               if (SpNode)
1079               {
1080                   lock_grab(&(sp->lock));
1081                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1082                       sp->bestValue = bestValue = futilityValueScaled;
1083               }
1084               else if (futilityValueScaled > bestValue)
1085                   bestValue = futilityValueScaled;
1086
1087               continue;
1088           }
1089
1090           // Prune moves with negative SEE at low depths
1091           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1092               && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1093               && pos.see_sign(move) < 0)
1094           {
1095               if (SpNode)
1096                   lock_grab(&(sp->lock));
1097
1098               continue;
1099           }
1100       }
1101
1102       // Check for legality only before to do the move
1103       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1104       {
1105           moveCount--;
1106           continue;
1107       }
1108
1109       ss->currentMove = move;
1110
1111       // Step 14. Make the move
1112       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1113
1114       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1115           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1116
1117       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1118       // The first move in list is the expected PV
1119       if (isPvMove)
1120           value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1121                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1122       else
1123       {
1124           // Step 15. Reduced depth search
1125           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1126           bool doFullDepthSearch = true;
1127           alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1128
1129           if (    depth > 3 * ONE_PLY
1130               && !captureOrPromotion
1131               && !dangerous
1132               && !move_is_castle(move)
1133               &&  ss->killers[0] != move
1134               &&  ss->killers[1] != move)
1135           {
1136               ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1137               if (ss->reduction)
1138               {
1139                   Depth d = newDepth - ss->reduction;
1140                   value = d < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1141                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
1142                   doFullDepthSearch = (value > alpha);
1143               }
1144               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1145           }
1146
1147           // Step 16. Full depth search
1148           if (doFullDepthSearch)
1149           {
1150               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1151               value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1152                                          : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
1153
1154               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1155               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1156               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1157               if (PvNode && value > alpha && (RootNode || value < beta))
1158                   value = newDepth < ONE_PLY ? -qsearch<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1159                                              : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
1160           }
1161       }
1162
1163       // Step 17. Undo move
1164       pos.undo_move(move);
1165
1166       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1167
1168       // Step 18. Check for new best move
1169       if (SpNode)
1170       {
1171           lock_grab(&(sp->lock));
1172           bestValue = sp->bestValue;
1173           alpha = sp->alpha;
1174       }
1175
1176       if (value > bestValue && !(SpNode && thread.cutoff_occurred()))
1177       {
1178           bestValue = value;
1179
1180           if (SpNode)
1181               sp->bestValue = value;
1182
1183           if (!RootNode && value > alpha)
1184           {
1185               if (PvNode && value < beta) // We want always alpha < beta
1186               {
1187                   alpha = value;
1188
1189                   if (SpNode)
1190                       sp->alpha = value;
1191               }
1192               else if (SpNode)
1193                   sp->is_betaCutoff = true;
1194
1195               ss->bestMove = move;
1196
1197               if (SpNode)
1198                   sp->ss->bestMove = move;
1199           }
1200       }
1201
1202       if (RootNode)
1203       {
1204           // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1205           // was aborted because the user interrupted the search or because we
1206           // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1207           // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
1208           // move and/or PV.
1209           if (StopRequest)
1210               break;
1211
1212           // Remember searched nodes counts for this move
1213           mp.current().nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1214
1215           // PV move or new best move ?
1216           if (isPvMove || value > alpha)
1217           {
1218               // Update PV
1219               ss->bestMove = move;
1220               mp.current().pv_score = value;
1221               mp.current().extract_pv_from_tt(pos);
1222
1223               // We record how often the best move has been changed in each
1224               // iteration. This information is used for time management: When
1225               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1226               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1227                   Rml.bestMoveChanges++;
1228
1229               // It is critical that sorting is done with a stable algorithm
1230               // because all the values but the first are usually set to
1231               // -VALUE_INFINITE and we want to keep the same order for all
1232               // the moves but the new PV that goes to head.
1233               Rml.sort_first(moveCount);
1234
1235               // Update alpha. In multi-pv we don't use aspiration window, so set
1236               // alpha equal to minimum score among the PV lines searched so far.
1237               if (MultiPV > 1)
1238                   alpha = Rml[Min(moveCount, MultiPV) - 1].pv_score;
1239               else if (value > alpha)
1240                   alpha = value;
1241           }
1242           else
1243               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1244               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1245               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1246               mp.current().pv_score = -VALUE_INFINITE;
1247
1248       } // RootNode
1249
1250       // Step 19. Check for split
1251       if (   !RootNode
1252           && !SpNode
1253           && depth >= Threads.min_split_depth()
1254           && bestValue < beta
1255           && Threads.available_slave_exists(pos.thread())
1256           && !StopRequest
1257           && !thread.cutoff_occurred())
1258           Threads.split<FakeSplit>(pos, ss, &alpha, beta, &bestValue, depth,
1259                                    threatMove, moveCount, &mp, PvNode);
1260     }
1261
1262     // Step 20. Check for mate and stalemate
1263     // All legal moves have been searched and if there are
1264     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1265     // If one move was excluded return fail low score.
1266     if (!SpNode && !moveCount)
1267         return excludedMove ? oldAlpha : inCheck ? value_mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1268
1269     // Step 21. Update tables
1270     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1271     // history counters, and killer moves.
1272     if (!SpNode && !StopRequest && !thread.cutoff_occurred())
1273     {
1274         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1275         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1276              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1277
1278         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1279
1280         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1281         if (    bestValue >= beta
1282             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1283         {
1284             if (move != ss->killers[0])
1285             {
1286                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1287                 ss->killers[0] = move;
1288             }
1289             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1290         }
1291     }
1292
1293     if (SpNode)
1294     {
1295         // Here we have the lock still grabbed
1296         sp->is_slave[pos.thread()] = false;
1297         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1298         lock_release(&(sp->lock));
1299     }
1300
1301     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1302
1303     return bestValue;
1304   }
1305
1306   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1307   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1308   // less than ONE_PLY).
1309
1310   template <NodeType NT>
1311   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1312
1313     const bool PvNode = (NT == PV);
1314
1315     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1316     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1317     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1318     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1319     assert(depth <= 0);
1320     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < Threads.size());
1321
1322     StateInfo st;
1323     Move ttMove, move;
1324     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1325     bool inCheck, enoughMaterial, givesCheck, evasionPrunable;
1326     const TTEntry* tte;
1327     Depth ttDepth;
1328     Value oldAlpha = alpha;
1329
1330     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1331     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1332
1333     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1334     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > PLY_MAX)
1335         return VALUE_DRAW;
1336
1337     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1338     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1339     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1340     inCheck = pos.in_check();
1341     ttDepth = (inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1342
1343     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1344     // pruning, but only for move ordering.
1345     tte = TT.probe(pos.get_key());
1346     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1347
1348     if (!PvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, ttDepth, beta, ss->ply))
1349     {
1350         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1351         return value_from_tt(tte->value(), ss->ply);
1352     }
1353
1354     // Evaluate the position statically
1355     if (inCheck)
1356     {
1357         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1358         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1359         enoughMaterial = false;
1360     }
1361     else
1362     {
1363         if (tte)
1364         {
1365             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1366
1367             evalMargin = tte->static_value_margin();
1368             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1369         }
1370         else
1371             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1372
1373         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1374         if (bestValue >= beta)
1375         {
1376             if (!tte)
1377                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1378
1379             return bestValue;
1380         }
1381
1382         if (PvNode && bestValue > alpha)
1383             alpha = bestValue;
1384
1385         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1386         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1387         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1388     }
1389
1390     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1391     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1392     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1393     // be generated.
1394     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H, move_to((ss-1)->currentMove));
1395     CheckInfo ci(pos);
1396
1397     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1398     while (   alpha < beta
1399            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1400     {
1401       assert(move_is_ok(move));
1402
1403       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1404
1405       // Futility pruning
1406       if (   !PvNode
1407           && !inCheck
1408           && !givesCheck
1409           &&  move != ttMove
1410           &&  enoughMaterial
1411           && !move_is_promotion(move)
1412           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1413       {
1414           futilityValue =  futilityBase
1415                          + piece_value_endgame(pos.piece_on(move_to(move)))
1416                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1417
1418           if (futilityValue < alpha)
1419           {
1420               if (futilityValue > bestValue)
1421                   bestValue = futilityValue;
1422               continue;
1423           }
1424
1425           // Prune moves with negative or equal SEE
1426           if (   futilityBase < beta
1427               && depth < DEPTH_ZERO
1428               && pos.see(move) <= 0)
1429               continue;
1430       }
1431
1432       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1433       evasionPrunable =   !PvNode
1434                        && inCheck
1435                        && bestValue > VALUE_MATED_IN_PLY_MAX
1436                        && !pos.move_is_capture(move)
1437                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1438
1439       // Don't search moves with negative SEE values
1440       if (   !PvNode
1441           && (!inCheck || evasionPrunable)
1442           &&  move != ttMove
1443           && !move_is_promotion(move)
1444           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1445           continue;
1446
1447       // Don't search useless checks
1448       if (   !PvNode
1449           && !inCheck
1450           &&  givesCheck
1451           &&  move != ttMove
1452           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1453           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1454           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1455       {
1456           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1457               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1458
1459           continue;
1460       }
1461
1462       // Check for legality only before to do the move
1463       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1464           continue;
1465
1466       // Update current move
1467       ss->currentMove = move;
1468
1469       // Make and search the move
1470       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1471       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY);
1472       pos.undo_move(move);
1473
1474       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1475
1476       // New best move?
1477       if (value > bestValue)
1478       {
1479           bestValue = value;
1480           if (value > alpha)
1481           {
1482               alpha = value;
1483               ss->bestMove = move;
1484           }
1485        }
1486     }
1487
1488     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1489     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1490     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1491         return value_mated_in(ss->ply);
1492
1493     // Update transposition table
1494     ValueType vt = (bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT);
1495     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), vt, ttDepth, ss->bestMove, ss->eval, evalMargin);
1496
1497     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1498
1499     return bestValue;
1500   }
1501
1502
1503   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1504   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1505   // will be pruned.
1506
1507   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1508   {
1509     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1510     Square from, to, ksq, victimSq;
1511     Piece pc;
1512     Color them;
1513     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1514
1515     from = move_from(move);
1516     to = move_to(move);
1517     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1518     ksq = pos.king_square(them);
1519     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1520     pc = pos.piece_on(from);
1521
1522     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1523     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1524     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1525
1526     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1527     b = kingAtt & ~pos.pieces_of_color(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1528
1529     if (!(b && (b & (b - 1))))
1530         return true;
1531
1532     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1533     if (   piece_type(pc) == QUEEN
1534         && bit_is_set(kingAtt, to))
1535         return true;
1536
1537     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1538     b = pos.pieces_of_color(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1539
1540     while (b)
1541     {
1542         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1543         futilityValue = futilityBase + piece_value_endgame(pos.piece_on(victimSq));
1544
1545         // Note that here we generate illegal "double move"!
1546         if (   futilityValue >= beta
1547             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1548             return true;
1549
1550         if (futilityValue > bv)
1551             bv = futilityValue;
1552     }
1553
1554     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1555     *bestValue = bv;
1556     return false;
1557   }
1558
1559
1560   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1561   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1562   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1563   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1564   // second move is assumed to be a move from the current position.
1565
1566   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1567
1568     Square f1, t1, f2, t2;
1569     Piece p;
1570
1571     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1572     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1573
1574     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1575     f2 = move_from(m2);
1576     t1 = move_to(m1);
1577     if (f2 == t1)
1578         return true;
1579
1580     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1581     t2 = move_to(m2);
1582     f1 = move_from(m1);
1583     if (t2 == f1)
1584         return true;
1585
1586     // Case 3: Moving through the vacated square
1587     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
1588         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1589       return true;
1590
1591     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1592     p = pos.piece_on(t1);
1593     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
1594         return true;
1595
1596     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1597     if (    piece_is_slider(p)
1598         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
1599         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
1600     {
1601         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
1602         // move is the opposite of the checking piece.
1603         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
1604         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
1605
1606         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
1607             return true;
1608     }
1609     return false;
1610   }
1611
1612
1613   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1614   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1615   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1616
1617   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1618
1619     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1620       return v + ply;
1621
1622     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1623       return v - ply;
1624
1625     return v;
1626   }
1627
1628
1629   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1630   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1631
1632   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1633
1634     if (v >= VALUE_MATE_IN_PLY_MAX)
1635       return v - ply;
1636
1637     if (v <= VALUE_MATED_IN_PLY_MAX)
1638       return v + ply;
1639
1640     return v;
1641   }
1642
1643
1644   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1645   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1646
1647   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1648
1649     assert(move_is_ok(m));
1650     assert(threat && move_is_ok(threat));
1651     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1652     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1653
1654     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1655
1656     mfrom = move_from(m);
1657     mto = move_to(m);
1658     tfrom = move_from(threat);
1659     tto = move_to(threat);
1660
1661     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1662     if (mfrom == tto)
1663         return true;
1664
1665     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1666     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1667     if (   pos.move_is_capture(threat)
1668         && (   piece_value_midgame(pos.piece_on(tfrom)) >= piece_value_midgame(pos.piece_on(tto))
1669             || piece_type(pos.piece_on(tfrom)) == KING)
1670         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1671         return true;
1672
1673     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1674     // prune safe moves which block its ray.
1675     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1676         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1677         && pos.see_sign(m) >= 0)
1678         return true;
1679
1680     return false;
1681   }
1682
1683
1684   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
1685   // can be used at a given point in search.
1686
1687   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1688
1689     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1690
1691     return   (   tte->depth() >= depth
1692               || v >= Max(VALUE_MATE_IN_PLY_MAX, beta)
1693               || v < Min(VALUE_MATED_IN_PLY_MAX, beta))
1694
1695           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1696               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1697   }
1698
1699
1700   // refine_eval() returns the transposition table score if
1701   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1702
1703   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1704
1705       assert(tte);
1706
1707       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1708
1709       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1710           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1711           return v;
1712
1713       return defaultEval;
1714   }
1715
1716
1717   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1718   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1719
1720   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1721                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1722     Move m;
1723     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1724
1725     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1726
1727     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1728     {
1729         m = movesSearched[i];
1730
1731         assert(m != move);
1732
1733         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1734     }
1735   }
1736
1737
1738   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1739   // the static position evaluation before and after the move.
1740
1741   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1742
1743     if (   m != MOVE_NULL
1744         && before != VALUE_NONE
1745         && after != VALUE_NONE
1746         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1747         && !move_is_special(m))
1748         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1749   }
1750
1751
1752   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1753   // since the beginning of the current search.
1754
1755   int current_search_time(int set) {
1756
1757     static int searchStartTime;
1758
1759     if (set)
1760         searchStartTime = set;
1761
1762     return get_system_time() - searchStartTime;
1763   }
1764
1765
1766   // score_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1767   // protocol specifications:
1768   //
1769   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1770   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1771   //            use negative values for y.
1772
1773   std::string score_to_uci(Value v, Value alpha, Value beta) {
1774
1775     std::stringstream s;
1776
1777     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1778         s << " score cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1779     else
1780         s << " score mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
1781
1782     s << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1783
1784     return s.str();
1785   }
1786
1787
1788   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1789   // to be sent to UCI gui.
1790
1791   std::string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1792
1793     std::stringstream s;
1794     int t = current_search_time();
1795
1796     s << " nodes " << nodes
1797       << " nps " << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1798       << " time "  << t;
1799
1800     return s.str();
1801   }
1802
1803   // pv_to_uci() returns a string with information on the current PV line
1804   // formatted according to UCI specification.
1805
1806   std::string pv_to_uci(Move pv[], int pvNum) {
1807
1808     std::stringstream s;
1809
1810     s << " multipv " << pvNum << " pv ";
1811
1812     for ( ; *pv != MOVE_NONE; pv++)
1813         s << *pv << " ";
1814
1815     return s.str();
1816   }
1817
1818   // depth_to_uci() returns a string with information on the current depth and
1819   // seldepth formatted according to UCI specification.
1820
1821   std::string depth_to_uci(Depth depth) {
1822
1823     std::stringstream s;
1824
1825     // Retrieve max searched depth among threads
1826     int selDepth = 0;
1827     for (int i = 0; i < Threads.size(); i++)
1828         if (Threads[i].maxPly > selDepth)
1829             selDepth = Threads[i].maxPly;
1830
1831      s << " depth " << depth / ONE_PLY << " seldepth " << selDepth;
1832
1833     return s.str();
1834   }
1835
1836
1837   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1838   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1839   // search.
1840
1841   void poll(const Position& pos) {
1842
1843     static int lastInfoTime;
1844     int t = current_search_time();
1845
1846     //  Poll for input
1847     if (input_available())
1848     {
1849         // We are line oriented, don't read single chars
1850         std::string command;
1851
1852         if (!std::getline(std::cin, command) || command == "quit")
1853         {
1854             // Quit the program as soon as possible
1855             Limits.ponder = false;
1856             QuitRequest = StopRequest = true;
1857             return;
1858         }
1859         else if (command == "stop")
1860         {
1861             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1862             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1863             Limits.ponder = false;
1864             StopRequest = true;
1865         }
1866         else if (command == "ponderhit")
1867         {
1868             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1869             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1870             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1871             Limits.ponder = false;
1872
1873             if (StopOnPonderhit)
1874                 StopRequest = true;
1875         }
1876     }
1877
1878     // Print search information
1879     if (t < 1000)
1880         lastInfoTime = 0;
1881
1882     else if (lastInfoTime > t)
1883         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1884         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1885         lastInfoTime = 0;
1886
1887     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1888     {
1889         lastInfoTime = t;
1890
1891         dbg_print_mean();
1892         dbg_print_hit_rate();
1893
1894         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1895         SendSearchedNodes = true;
1896     }
1897
1898     // Should we stop the search?
1899     if (Limits.ponder)
1900         return;
1901
1902     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1903                            && !AspirationFailLow
1904                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1905
1906     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1907                      || stillAtFirstMove;
1908
1909     if (   (Limits.useTimeManagement() && noMoreTime)
1910         || (Limits.maxTime && t >= Limits.maxTime)
1911         || (Limits.maxNodes && pos.nodes_searched() >= Limits.maxNodes)) // FIXME
1912         StopRequest = true;
1913   }
1914
1915
1916   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1917   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1918   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1919   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1920   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1921   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1922
1923   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1924
1925     std::string command;
1926
1927     // Wait for a command from stdin
1928     while (   std::getline(std::cin, command)
1929            && command != "ponderhit" && command != "stop" && command != "quit") {};
1930
1931     if (command != "ponderhit" && command != "stop")
1932         QuitRequest = true; // Must be "quit" or getline() returned false
1933   }
1934
1935
1936   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1937   // using a statistical rule dependent on SkillLevel. Idea by Heinz van Saanen.
1938   void do_skill_level(Move* best, Move* ponder) {
1939
1940     assert(MultiPV > 1);
1941
1942     static RKISS rk;
1943
1944     // Rml list is already sorted by pv_score in descending order
1945     int s;
1946     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1947     int size = Min(MultiPV, (int)Rml.size());
1948     int max = Rml[0].pv_score;
1949     int var = Min(max - Rml[size - 1].pv_score, PawnValueMidgame);
1950     int wk = 120 - 2 * SkillLevel;
1951
1952     // PRNG sequence should be non deterministic
1953     for (int i = abs(get_system_time() % 50); i > 0; i--)
1954         rk.rand<unsigned>();
1955
1956     // Choose best move. For each move's score we add two terms both dependent
1957     // on wk, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1958     // then we choose the move with the resulting highest score.
1959     for (int i = 0; i < size; i++)
1960     {
1961         s = Rml[i].pv_score;
1962
1963         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1964         if (i > 0 && Rml[i-1].pv_score > s + EasyMoveMargin)
1965             break;
1966
1967         // This is our magical formula
1968         s += ((max - s) * wk + var * (rk.rand<unsigned>() % wk)) / 128;
1969
1970         if (s > max_s)
1971         {
1972             max_s = s;
1973             *best = Rml[i].pv[0];
1974             *ponder = Rml[i].pv[1];
1975         }
1976     }
1977   }
1978
1979
1980   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
1981
1982   RootMove::RootMove() {
1983
1984     nodes = 0;
1985     pv_score = non_pv_score = -VALUE_INFINITE;
1986     pv[0] = MOVE_NONE;
1987   }
1988
1989   RootMove& RootMove::operator=(const RootMove& rm) {
1990
1991     const Move* src = rm.pv;
1992     Move* dst = pv;
1993
1994     // Avoid a costly full rm.pv[] copy
1995     do *dst++ = *src; while (*src++ != MOVE_NONE);
1996
1997     nodes = rm.nodes;
1998     pv_score = rm.pv_score;
1999     non_pv_score = rm.non_pv_score;
2000     return *this;
2001   }
2002
2003   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2004
2005     MoveStack mlist[MAX_MOVES];
2006     Move* sm;
2007
2008     clear();
2009     bestMoveChanges = 0;
2010
2011     // Generate all legal moves and add them to RootMoveList
2012     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
2013     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
2014     {
2015         // If we have a searchMoves[] list then verify cur->move
2016         // is in the list before to add it.
2017         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != cur->move; sm++) {}
2018
2019         if (searchMoves[0] && *sm != cur->move)
2020             continue;
2021
2022         RootMove rm;
2023         rm.pv[0] = cur->move;
2024         rm.pv[1] = MOVE_NONE;
2025         rm.pv_score = -VALUE_INFINITE;
2026         push_back(rm);
2027     }
2028   }
2029
2030   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2031   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2032   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2033   // long PV to print that is important for position analysis.
2034
2035   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2036
2037     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2038     TTEntry* tte;
2039     int ply = 1;
2040
2041     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_pl(pv[0]));
2042
2043     pos.do_move(pv[0], *st++);
2044
2045     while (   (tte = TT.probe(pos.get_key())) != NULL
2046            && tte->move() != MOVE_NONE
2047            && pos.move_is_pl(tte->move())
2048            && pos.pl_move_is_legal(tte->move(), pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
2049            && ply < PLY_MAX
2050            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2))
2051     {
2052         pv[ply] = tte->move();
2053         pos.do_move(pv[ply++], *st++);
2054     }
2055     pv[ply] = MOVE_NONE;
2056
2057     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2058   }
2059
2060   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2061   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2062   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2063
2064   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2065
2066     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2067     TTEntry* tte;
2068     Key k;
2069     Value v, m = VALUE_NONE;
2070     int ply = 0;
2071
2072     assert(pv[0] != MOVE_NONE && pos.move_is_pl(pv[0]));
2073
2074     do {
2075         k = pos.get_key();
2076         tte = TT.probe(k);
2077
2078         // Don't overwrite existing correct entries
2079         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2080         {
2081             v = (pos.in_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2082             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2083         }
2084         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2085
2086     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2087
2088     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2089   }
2090
2091   // Specializations for MovePickerExt in case of Root node
2092   MovePickerExt<Root>::MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d,
2093                                      const History& h, SearchStack* ss, Value b)
2094                      : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), cur(-1) {
2095     Move move;
2096     Value score = VALUE_ZERO;
2097
2098     // Score root moves using standard ordering used in main search, the moves
2099     // are scored according to the order in which they are returned by MovePicker.
2100     // This is the second order score that is used to compare the moves when
2101     // the first orders pv_score of both moves are equal.
2102     while ((move = MovePicker::get_next_move()) != MOVE_NONE)
2103         for (RootMoveList::iterator rm = Rml.begin(); rm != Rml.end(); ++rm)
2104             if (rm->pv[0] == move)
2105             {
2106                 rm->non_pv_score = score--;
2107                 break;
2108             }
2109
2110     Rml.sort();
2111   }
2112
2113 } // namespace
2114
2115
2116 // ThreadsManager::idle_loop() is where the threads are parked when they have no work
2117 // to do. The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2118 // object for which the current thread is the master.
2119
2120 void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2121
2122   assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2123
2124   int i;
2125   bool allFinished;
2126
2127   while (true)
2128   {
2129       // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2130       // master should exit as last one.
2131       if (allThreadsShouldExit)
2132       {
2133           assert(!sp);
2134           threads[threadID].state = Thread::TERMINATED;
2135           return;
2136       }
2137
2138       // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2139       // instead of wasting CPU time polling for work.
2140       while (   threadID >= activeThreads
2141              || threads[threadID].state == Thread::INITIALIZING
2142              || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE))
2143       {
2144           assert(!sp || useSleepingThreads);
2145           assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2146
2147           if (threads[threadID].state == Thread::INITIALIZING)
2148               threads[threadID].state = Thread::AVAILABLE;
2149
2150           // Grab the lock to avoid races with Thread::wake_up()
2151           lock_grab(&threads[threadID].sleepLock);
2152
2153           // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2154           for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->is_slave[i]; i++) {}
2155           allFinished = (i == activeThreads);
2156
2157           if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2158           {
2159               lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2160               break;
2161           }
2162
2163           // Do sleep here after retesting sleep conditions
2164           if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE)
2165               cond_wait(&threads[threadID].sleepCond, &threads[threadID].sleepLock);
2166
2167           lock_release(&threads[threadID].sleepLock);
2168       }
2169
2170       // If this thread has been assigned work, launch a search
2171       if (threads[threadID].state == Thread::WORKISWAITING)
2172       {
2173           assert(!allThreadsShouldExit);
2174
2175           threads[threadID].state = Thread::SEARCHING;
2176
2177           // Copy split point position and search stack and call search()
2178           // with SplitPoint template parameter set to true.
2179           SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2180           SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2181           Position pos(*tsp->pos, threadID);
2182
2183           memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2184           (ss+1)->sp = tsp;
2185
2186           if (tsp->pvNode)
2187               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2188           else
2189               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth);
2190
2191           assert(threads[threadID].state == Thread::SEARCHING);
2192
2193           threads[threadID].state = Thread::AVAILABLE;
2194
2195           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2196           // case we are the last slave of the split point.
2197           if (   useSleepingThreads
2198               && threadID != tsp->master
2199               && threads[tsp->master].state == Thread::AVAILABLE)
2200               threads[tsp->master].wake_up();
2201       }
2202
2203       // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2204       // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2205       for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->is_slave[i]; i++) {}
2206       allFinished = (i == activeThreads);
2207
2208       if (allFinished)
2209       {
2210           // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2211           // be sure sp->lock has been released before to return.
2212           lock_grab(&(sp->lock));
2213           lock_release(&(sp->lock));
2214
2215           // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2216           // because here is all finished is not possible master is booked.
2217           assert(threads[threadID].state == Thread::AVAILABLE);
2218
2219           threads[threadID].state = Thread::SEARCHING;
2220           return;
2221       }
2222   }
2223 }