Relax TT condition for zugzwang verified null values
[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();
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   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
219   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
220   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
221
222   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
223   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
224
225   // Common adjustments
226
227   // Search depth at iteration 1
228   const Depth InitialDepth = OnePly;
229
230   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
231   // better than the second best move.
232   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
233
234   // Last seconds noise filtering (LSN)
235   const bool UseLSNFiltering = false;
236   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
237   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
238   bool loseOnTime = false;
239
240
241   /// Global variables
242
243   // Iteration counter
244   int Iteration;
245
246   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
247   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
248   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
249
250   // Search window management
251   int AspirationDelta;
252
253   // MultiPV mode
254   int MultiPV;
255
256   // Time managment variables
257   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, MaxSearchTime;
258   int AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
259   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
260   bool FirstRootMove, AbortSearch, Quit, AspirationFailLow;
261
262   // Log file
263   bool UseLogFile;
264   std::ofstream LogFile;
265
266   // Multi-threads related variables
267   Depth MinimumSplitDepth;
268   int MaxThreadsPerSplitPoint;
269   ThreadsManager TM;
270
271   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
272   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
273   int NodesSincePoll;
274   int NodesBetweenPolls = 30000;
275
276   // History table
277   History H;
278
279   /// Local functions
280
281   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
282   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr);
283   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
284   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
285   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
286   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
287   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
288   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
289   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
290   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
291   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
292   bool value_is_mate(Value value);
293   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
294   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
295   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
296   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
297   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply, bool allowNullmove);
298   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
299   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
300   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
301   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
302
303   int current_search_time();
304   int nps();
305   void poll();
306   void ponderhit();
307   void wait_for_stop_or_ponderhit();
308   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
309   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value);
310
311 #if !defined(_MSC_VER)
312   void *init_thread(void *threadID);
313 #else
314   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
315 #endif
316
317 }
318
319
320 ////
321 //// Functions
322 ////
323
324 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
325 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
326
327 void init_threads() { TM.init_threads(); }
328 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
329 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
330
331
332 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
333 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
334
335 int perft(Position& pos, Depth depth)
336 {
337     StateInfo st;
338     Move move;
339     int sum = 0;
340     MovePicker mp(pos, MOVE_NONE, depth, H);
341
342     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
343     // the moves, just to count them.
344     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
345     {
346         while (mp.get_next_move()) sum++;
347         return sum;
348     }
349
350     // Loop through all legal moves
351     CheckInfo ci(pos);
352     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
353     {
354         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
355         sum += perft(pos, depth - OnePly);
356         pos.undo_move(move);
357     }
358     return sum;
359 }
360
361
362 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
363 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
364 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
365 /// when a quit command is received during the search.
366
367 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
368            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
369            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
370
371   // Initialize global search variables
372   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = AspirationFailLow = false;
373   MaxSearchTime = AbsoluteMaxSearchTime = ExtraSearchTime = 0;
374   NodesSincePoll = 0;
375   TM.resetNodeCounters();
376   SearchStartTime = get_system_time();
377   ExactMaxTime = maxTime;
378   MaxDepth = maxDepth;
379   MaxNodes = maxNodes;
380   InfiniteSearch = infinite;
381   PonderSearch = ponder;
382   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
383
384   // Look for a book move, only during games, not tests
385   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
386   {
387       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
388           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
389
390       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
391       if (bookMove != MOVE_NONE)
392       {
393           if (PonderSearch)
394               wait_for_stop_or_ponderhit();
395
396           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
397           return true;
398       }
399   }
400
401   // Reset loseOnTime flag at the beginning of a new game
402   if (button_was_pressed("New Game"))
403       loseOnTime = false;
404
405   // Read UCI option values
406   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
407   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
408       TT.clear();
409
410   CheckExtension[1]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
411   CheckExtension[0]         = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
412   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
413   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
414   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
415   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
416   PassedPawnExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
417   PassedPawnExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
418   PawnEndgameExtension[1]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
419   PawnEndgameExtension[0]   = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
420   MateThreatExtension[1]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
421   MateThreatExtension[0]    = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
422
423   MinimumSplitDepth       = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
424   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
425   MultiPV                 = get_option_value_int("MultiPV");
426   Chess960                = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
427   UseLogFile              = get_option_value_bool("Use Search Log");
428
429   if (UseLogFile)
430       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
431
432   read_weights(pos.side_to_move());
433
434   // Set the number of active threads
435   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
436   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
437   {
438       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
439       init_eval(TM.active_threads());
440   }
441
442   // Wake up sleeping threads
443   TM.wake_sleeping_threads();
444
445   // Set thinking time
446   int myTime = time[side_to_move];
447   int myIncrement = increment[side_to_move];
448   if (UseTimeManagement)
449   {
450       if (!movesToGo) // Sudden death time control
451       {
452           if (myIncrement)
453           {
454               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
455               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
456           }
457           else // Blitz game without increment
458           {
459               MaxSearchTime = myTime / 30;
460               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
461           }
462       }
463       else // (x moves) / (y minutes)
464       {
465           if (movesToGo == 1)
466           {
467               MaxSearchTime = myTime / 2;
468               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
469           }
470           else
471           {
472               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
473               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
474           }
475       }
476
477       if (get_option_value_bool("Ponder"))
478       {
479           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
480           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
481       }
482   }
483
484   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
485   // heavy time pressure.
486   if (MaxNodes)
487       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
488   else if (myTime && myTime < 1000)
489       NodesBetweenPolls = 1000;
490   else if (myTime && myTime < 5000)
491       NodesBetweenPolls = 5000;
492   else
493       NodesBetweenPolls = 30000;
494
495   // Write search information to log file
496   if (UseLogFile)
497       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
498               << "infinite: "  << infinite
499               << " ponder: "   << ponder
500               << " time: "     << myTime
501               << " increment: " << myIncrement
502               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
503
504   // LSN filtering. Used only for developing purposes, disabled by default
505   if (   UseLSNFiltering
506       && loseOnTime)
507   {
508       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
509        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
510            /* wait here */;
511   }
512
513   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
514   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
515
516   if (UseLSNFiltering)
517   {
518       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
519       // decide to lose on time.
520       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
521           && myTime < LSNTime
522           && myIncrement == 0
523           && movesToGo == 0
524           && v < -LSNValue)
525       {
526           loseOnTime = true;
527       }
528       else if (loseOnTime)
529       {
530           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
531           loseOnTime = false;
532       }
533   }
534
535   if (UseLogFile)
536       LogFile.close();
537
538   TM.put_threads_to_sleep();
539
540   return !Quit;
541 }
542
543
544 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
545
546 void init_search() {
547
548   // Init our reduction lookup tables
549   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
550       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
551       {
552           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
553           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
554           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
555           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
556       }
557
558   // Init futility margins array
559   for (int i = 0; i < 16; i++) // i == depth (OnePly = 2)
560       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
561       {
562           // FIXME: test using log instead of BSR
563           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j;
564       }
565
566   // Init futility move count array
567   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
568       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
569 }
570
571
572 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
573 // new search from the root.
574 void SearchStack::init(int ply) {
575
576   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
577   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
578   reduction = Depth(0);
579   eval = VALUE_NONE;
580 }
581
582 void SearchStack::initKillers() {
583
584   mateKiller = MOVE_NONE;
585   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
586       killers[i] = MOVE_NONE;
587 }
588
589 namespace {
590
591   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
592   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
593   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
594   // reached.
595
596   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
597
598     Position p(pos);
599     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
600     Move EasyMove = MOVE_NONE;
601     Value value, alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
602
603     // Moves to search are verified, copied, scored and sorted
604     RootMoveList rml(p, searchMoves);
605
606     // Handle special case of searching on a mate/stale position
607     if (rml.move_count() == 0)
608     {
609         if (PonderSearch)
610             wait_for_stop_or_ponderhit();
611
612         return pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
613     }
614
615     // Print RootMoveList startup scoring to the standard output,
616     // so to output information also for iteration 1.
617     cout << "info depth " << 1
618          << "\ninfo depth " << 1
619          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
620          << " time " << current_search_time()
621          << " nodes " << TM.nodes_searched()
622          << " nps " << nps()
623          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
624
625     // Initialize
626     TT.new_search();
627     H.clear();
628     init_ss_array(ss);
629     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
630     Iteration = 1;
631
632     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
633     if (   rml.move_count() == 1
634         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
635         EasyMove = rml.get_move(0);
636
637     // Iterative deepening loop
638     while (Iteration < PLY_MAX)
639     {
640         // Initialize iteration
641         Iteration++;
642         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
643
644         cout << "info depth " << Iteration << endl;
645
646         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
647         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
648         {
649             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
650             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
651
652             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
653             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
654
655             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
656             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
657         }
658
659         // Search to the current depth, rml is updated and sorted, alpha and beta could change
660         value = root_search(p, ss, rml, &alpha, &beta);
661
662         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
663         // been overwritten during the search.
664         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
665
666         if (AbortSearch)
667             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
668
669         //Save info about search result
670         ValueByIteration[Iteration] = value;
671
672         // Drop the easy move if differs from the new best move
673         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
674             EasyMove = MOVE_NONE;
675
676         if (UseTimeManagement)
677         {
678             // Time to stop?
679             bool stopSearch = false;
680
681             // Stop search early if there is only a single legal move,
682             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
683             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
684                 stopSearch = true;
685
686             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
687             if (  Iteration >= 6
688                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
689                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
690                 stopSearch = true;
691
692             // Stop search early if one move seems to be much better than the others
693             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
694             if (   Iteration >= 8
695                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
696                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
697                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
698                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
699                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
700                 stopSearch = true;
701
702             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
703             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
704                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
705                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
706
707             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
708             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
709             // move at the next iteration anyway.
710             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
711                 stopSearch = true;
712
713             if (stopSearch)
714             {
715                 if (PonderSearch)
716                     StopOnPonderhit = true;
717                 else
718                     break;
719             }
720         }
721
722         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
723             break;
724     }
725
726     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
727     // best move before we are told to do so.
728     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
729         wait_for_stop_or_ponderhit();
730     else
731         // Print final search statistics
732         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
733              << " nps " << nps()
734              << " time " << current_search_time()
735              << " hashfull " << TT.full() << endl;
736
737     // Print the best move and the ponder move to the standard output
738     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
739     {
740         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
741         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
742     }
743
744     assert(ss[0].pv[0] != MOVE_NONE);
745
746     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
747
748     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
749         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
750
751     cout << endl;
752
753     if (UseLogFile)
754     {
755         if (dbg_show_mean)
756             dbg_print_mean(LogFile);
757
758         if (dbg_show_hit_rate)
759             dbg_print_hit_rate(LogFile);
760
761         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
762                 << "\nNodes/second: " << nps()
763                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
764
765         StateInfo st;
766         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
767         LogFile << "\nPonder move: "
768                 << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) // Works also with MOVE_NONE
769                 << endl;
770     }
771     return rml.get_move_score(0);
772   }
773
774
775   // root_search() is the function which searches the root node. It is
776   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
777   // scheme, prints some information to the standard output and handles
778   // the fail low/high loops.
779
780   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value* alphaPtr, Value* betaPtr) {
781
782     EvalInfo ei;
783     StateInfo st;
784     CheckInfo ci(pos);
785     int64_t nodes;
786     Move move;
787     Depth depth, ext, newDepth;
788     Value value, alpha, beta;
789     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
790     int researchCountFH, researchCountFL;
791
792     researchCountFH = researchCountFL = 0;
793     alpha = *alphaPtr;
794     beta = *betaPtr;
795     isCheck = pos.is_check();
796
797     // Step 1. Initialize node and poll (omitted at root, but I can see no good reason for this, FIXME)
798     // Step 2. Check for aborted search (omitted at root, because we do not initialize root node)
799     // Step 3. Mate distance pruning (omitted at root)
800     // Step 4. Transposition table lookup (omitted at root)
801
802     // Step 5. Evaluate the position statically
803     // At root we do this only to get reference value for child nodes
804     if (!isCheck)
805         ss[0].eval = evaluate(pos, ei, 0);
806     else
807         ss[0].eval = VALUE_NONE; // HACK because we do not initialize root node
808
809     // Step 6. Razoring (omitted at root)
810     // Step 7. Static null move pruning (omitted at root)
811     // Step 8. Null move search with verification search (omitted at root)
812     // Step 9. Internal iterative deepening (omitted at root)
813
814     // Step extra. Fail low loop
815     // We start with small aspiration window and in case of fail low, we research
816     // with bigger window until we are not failing low anymore.
817     while (1)
818     {
819         // Sort the moves before to (re)search
820         rml.sort();
821
822         // Step 10. Loop through all moves in the root move list
823         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
824         {
825             // This is used by time management
826             FirstRootMove = (i == 0);
827
828             // Save the current node count before the move is searched
829             nodes = TM.nodes_searched();
830
831             // Reset beta cut-off counters
832             TM.resetBetaCounters();
833
834             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
835             // the standard output.
836             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
837
838             if (current_search_time() >= 1000)
839                 cout << "info currmove " << move
840                      << " currmovenumber " << i + 1 << endl;
841
842             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
843             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
844
845             // Step 11. Decide the new search depth
846             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
847             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
848             newDepth = depth + ext;
849
850             // Step 12. Futility pruning (omitted at root)
851
852             // Step extra. Fail high loop
853             // If move fails high, we research with bigger window until we are not failing
854             // high anymore.
855             value = - VALUE_INFINITE;
856
857             while (1)
858             {
859                 // Step 13. Make the move
860                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
861
862                 // Step extra. pv search
863                 // We do pv search for first moves (i < MultiPV)
864                 // and for fail high research (value > alpha)
865                 if (i < MultiPV || value > alpha)
866                 {
867                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
868                     if (MultiPV > 1)
869                         alpha = -VALUE_INFINITE;
870
871                     // Full depth PV search, done on first move or after a fail high
872                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
873                 }
874                 else
875                 {
876                     // Step 14. Reduced search
877                     // if the move fails high will be re-searched at full depth
878                     bool doFullDepthSearch = true;
879
880                     if (    depth >= 3 * OnePly
881                         && !dangerous
882                         && !captureOrPromotion
883                         && !move_is_castle(move))
884                     {
885                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, i - MultiPV + 2);
886                         if (ss[0].reduction)
887                         {
888                             // Reduced depth non-pv search using alpha as upperbound
889                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
890                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
891                         }
892                     }
893
894                     // Step 15. Full depth search
895                     if (doFullDepthSearch)
896                     {
897                         // Full depth non-pv search using alpha as upperbound
898                         ss[0].reduction = Depth(0);
899                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
900
901                         // If we are above alpha then research at same depth but as PV
902                         // to get a correct score or eventually a fail high above beta.
903                         if (value > alpha)
904                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
905                     }
906                 }
907
908                 // Step 16. Undo move
909                 pos.undo_move(move);
910
911                 // Can we exit fail high loop ?
912                 if (AbortSearch || value < beta)
913                     break;
914
915                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update
916                 // the score before research in case we run out of time while researching.
917                 rml.set_move_score(i, value);
918                 update_pv(ss, 0);
919                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
920                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
921
922                 // Print information to the standard output
923                 print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
924
925                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
926                 *betaPtr = beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
927                 researchCountFH++;
928
929             } // End of fail high loop
930
931             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
932             // was aborted because the user interrupted the search or because we
933             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
934             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
935             // move and/or PV.
936             if (AbortSearch)
937                 break;
938
939             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
940             // info is used to sort the root moves for the next iteration.
941             int64_t our, their;
942             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
943             rml.set_beta_counters(i, our, their);
944             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
945
946             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
947             assert(value < beta);
948
949             // Step 17. Check for new best move
950             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
951                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
952             else
953             {
954                 // PV move or new best move!
955
956                 // Update PV
957                 rml.set_move_score(i, value);
958                 update_pv(ss, 0);
959                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
960                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
961
962                 if (MultiPV == 1)
963                 {
964                     // We record how often the best move has been changed in each
965                     // iteration. This information is used for time managment: When
966                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
967                     if (i > 0)
968                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
969
970                     // Print information to the standard output
971                     print_pv_info(pos, ss, alpha, beta, value);
972
973                     // Raise alpha to setup proper non-pv search upper bound
974                     if (value > alpha)
975                         alpha = value;
976                 }
977                 else // MultiPV > 1
978                 {
979                     rml.sort_multipv(i);
980                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
981                     {
982                         cout << "info multipv " << j + 1
983                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
984                              << " depth " << (j <= i ? Iteration : Iteration - 1)
985                              << " time " << current_search_time()
986                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
987                              << " nps " << nps()
988                              << " pv ";
989
990                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
991                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
992
993                         cout << endl;
994                     }
995                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV - 1));
996                 }
997             } // PV move or new best move
998
999             assert(alpha >= *alphaPtr);
1000
1001             AspirationFailLow = (alpha == *alphaPtr);
1002
1003             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1004                 StopOnPonderhit = false;
1005         }
1006
1007         // Can we exit fail low loop ?
1008         if (AbortSearch || !AspirationFailLow)
1009             break;
1010
1011         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1012         *alphaPtr = alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
1013         researchCountFL++;
1014
1015     } // Fail low loop
1016
1017     // Sort the moves before to return
1018     rml.sort();
1019
1020     return alpha;
1021   }
1022
1023
1024   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1025
1026   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1027                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1028
1029     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1030     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1031     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1032     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1033
1034     Move movesSearched[256];
1035     EvalInfo ei;
1036     StateInfo st;
1037     const TTEntry* tte;
1038     Move ttMove, move;
1039     Depth ext, newDepth;
1040     Value bestValue, value, oldAlpha;
1041     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1042     bool mateThreat = false;
1043     int moveCount = 0;
1044     bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1045
1046     if (depth < OnePly)
1047         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1048
1049     // Step 1. Initialize node and poll
1050     // Polling can abort search.
1051     init_node(ss, ply, threadID);
1052
1053     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1054     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1055         return Value(0);
1056
1057     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1058         return VALUE_DRAW;
1059
1060     // Step 3. Mate distance pruning
1061     oldAlpha = alpha;
1062     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1063     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1064     if (alpha >= beta)
1065         return alpha;
1066
1067     // Step 4. Transposition table lookup
1068     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1069     // This is to avoid problems in the following areas:
1070     //
1071     // * Repetition draw detection
1072     // * Fifty move rule detection
1073     // * Searching for a mate
1074     // * Printing of full PV line
1075     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1076     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1077
1078     // Step 5. Evaluate the position statically
1079     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1080     isCheck = pos.is_check();
1081     if (!isCheck)
1082     {
1083         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1084         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1085     }
1086
1087     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1088     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1089     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1090
1091     // Step 9. Internal iterative deepening
1092     if (   depth >= IIDDepthAtPVNodes
1093         && ttMove == MOVE_NONE)
1094     {
1095         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1096         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1097         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1098     }
1099
1100     // Initialize a MovePicker object for the current position
1101     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1102     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1103     CheckInfo ci(pos);
1104
1105     // Step 10. Loop through moves
1106     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1107     while (   alpha < beta
1108            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1109            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1110     {
1111       assert(move_is_ok(move));
1112
1113       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1114       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1115       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1116
1117       // Step 11. Decide the new search depth
1118       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1119
1120       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1121       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1122       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1123       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtPVNodes
1124           && tte
1125           && move == tte->move()
1126           && ext < OnePly
1127           && is_lower_bound(tte->type())
1128           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1129       {
1130           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1131
1132           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1133           {
1134               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1135
1136               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1137                   ext = OnePly;
1138           }
1139       }
1140
1141       newDepth = depth - OnePly + ext;
1142
1143       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1144       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1145
1146       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1147
1148       // Step 13. Make the move
1149       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1150
1151       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1152       // The first move in list is the expected PV
1153       if (moveCount == 1)
1154           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1155       else
1156       {
1157         // Step 14. Reduced search
1158         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1159         bool doFullDepthSearch = true;
1160
1161         if (    depth >= 3 * OnePly
1162             && !dangerous
1163             && !captureOrPromotion
1164             && !move_is_castle(move)
1165             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1166         {
1167             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1168             if (ss[ply].reduction)
1169             {
1170                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1171                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1172             }
1173         }
1174
1175         // Step 15. Full depth search
1176         if (doFullDepthSearch)
1177         {
1178             ss[ply].reduction = Depth(0);
1179             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1180
1181             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1182             if (value > alpha && value < beta)
1183                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1184         }
1185       }
1186
1187       // Step 16. Undo move
1188       pos.undo_move(move);
1189
1190       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1191
1192       // Step 17. Check for new best move
1193       if (value > bestValue)
1194       {
1195           bestValue = value;
1196           if (value > alpha)
1197           {
1198               alpha = value;
1199               update_pv(ss, ply);
1200               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1201                   ss[ply].mateKiller = move;
1202           }
1203       }
1204
1205       // Step 18. Check for split
1206       if (   TM.active_threads() > 1
1207           && bestValue < beta
1208           && depth >= MinimumSplitDepth
1209           && Iteration <= 99
1210           && TM.available_thread_exists(threadID)
1211           && !AbortSearch
1212           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1213           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue,
1214                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, true))
1215           break;
1216     }
1217
1218     // Step 19. Check for mate and stalemate
1219     // All legal moves have been searched and if there were
1220     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1221     if (moveCount == 0)
1222         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1223
1224     // Step 20. Update tables
1225     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1226     // history counters, and killer moves.
1227     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1228         return bestValue;
1229
1230     if (bestValue <= oldAlpha)
1231         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1232
1233     else if (bestValue >= beta)
1234     {
1235         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1236         move = ss[ply].pv[ply];
1237         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1238         {
1239             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1240             update_killers(move, ss[ply]);
1241         }
1242         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1243     }
1244     else
1245         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1246
1247     return bestValue;
1248   }
1249
1250
1251   // search() is the search function for zero-width nodes.
1252
1253   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1254                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1255
1256     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1257     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1258     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1259
1260     Move movesSearched[256];
1261     EvalInfo ei;
1262     StateInfo st;
1263     const TTEntry* tte;
1264     Move ttMove, move;
1265     Depth ext, newDepth;
1266     Value bestValue, refinedValue, nullValue, value, futilityValueScaled;
1267     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1268     bool mateThreat = false;
1269     int moveCount = 0;
1270     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1271
1272     if (depth < OnePly)
1273         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1274
1275     // Step 1. Initialize node and poll
1276     // Polling can abort search.
1277     init_node(ss, ply, threadID);
1278
1279     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1280     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1281         return Value(0);
1282
1283     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1284         return VALUE_DRAW;
1285
1286     // Step 3. Mate distance pruning
1287     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1288         return beta;
1289
1290     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1291         return beta - 1;
1292
1293     // Step 4. Transposition table lookup
1294
1295     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1296     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exists.
1297     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1298
1299     tte = TT.retrieve(posKey);
1300     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1301
1302     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply, allowNullmove))
1303     {
1304         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1305         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1306     }
1307
1308     // Step 5. Evaluate the position statically
1309     isCheck = pos.is_check();
1310
1311     if (!isCheck)
1312     {
1313         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1314             ss[ply].eval = value_from_tt(tte->value(), ply);
1315         else
1316             ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1317
1318         refinedValue = refine_eval(tte, ss[ply].eval, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1319         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1320     }
1321
1322     // Step 6. Razoring
1323     if (    refinedValue < beta - razor_margin(depth)
1324         &&  ttMove == MOVE_NONE
1325         &&  ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1326         &&  depth < RazorDepth
1327         && !isCheck
1328         && !value_is_mate(beta)
1329         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1330     {
1331         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
1332         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1333         if (v < rbeta)
1334             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
1335             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
1336             return v;
1337     }
1338
1339     // Step 7. Static null move pruning
1340     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1341     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
1342     if (    allowNullmove
1343         &&  depth < RazorDepth
1344         && !isCheck
1345         && !value_is_mate(beta)
1346         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1347         &&  refinedValue >= beta + futility_margin(depth, 0))
1348         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
1349
1350     // Step 8. Null move search with verification search
1351     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1352     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1353     // NullMoveMargin under beta.
1354     if (    allowNullmove
1355         &&  depth > OnePly
1356         && !isCheck
1357         && !value_is_mate(beta)
1358         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1359         &&  refinedValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1360     {
1361         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1362
1363         // Null move dynamic reduction based on depth
1364         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1365
1366         // Null move dynamic reduction based on value
1367         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
1368             R++;
1369
1370         pos.do_null_move(st);
1371
1372         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1373
1374         pos.undo_null_move();
1375
1376         if (nullValue >= beta)
1377         {
1378             // Do not return unproven mate scores
1379             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
1380                 nullValue = beta;
1381
1382             // Do zugzwang verification search for high depths, don't store in TT
1383             // if search was stopped.
1384             if (   (   depth < 6 * OnePly
1385                     || search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID) >= beta)
1386                 && !AbortSearch
1387                 && !TM.thread_should_stop(threadID))
1388             {
1389                 assert(value_to_tt(nullValue, ply) == nullValue);
1390
1391                 // Special flag null values that are not zugzwang checked
1392                 ValueType vt = (depth < 6 * OnePly ? VALUE_TYPE_NS_LO : VALUE_TYPE_LOWER);
1393                 TT.store(posKey, nullValue, vt, depth, MOVE_NONE);
1394                 return nullValue;
1395             }
1396         } else {
1397             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1398             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1399             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1400             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1401             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1402             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1403             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1404                 mateThreat = true;
1405
1406             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1407             if (   depth < ThreatDepth
1408                 && ss[ply - 1].reduction
1409                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1410                 return beta - 1;
1411         }
1412     }
1413
1414     // Step 9. Internal iterative deepening
1415     if (   depth >= IIDDepthAtNonPVNodes
1416         && ttMove == MOVE_NONE
1417         && !isCheck
1418         && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1419     {
1420         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1421         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1422         tte = TT.retrieve(posKey);
1423     }
1424
1425     // Initialize a MovePicker object for the current position
1426     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply], beta);
1427     CheckInfo ci(pos);
1428
1429     // Step 10. Loop through moves
1430     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1431     while (   bestValue < beta
1432            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1433            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1434     {
1435       assert(move_is_ok(move));
1436
1437       if (move == excludedMove)
1438           continue;
1439
1440       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1441       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1442       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1443
1444       // Step 11. Decide the new search depth
1445       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1446
1447       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1448       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1449       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1450       if (   depth >= SingularExtensionDepthAtNonPVNodes
1451           && tte
1452           && move == tte->move()
1453           && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
1454           && ext < OnePly
1455           && is_lower_bound(tte->type())
1456           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1457       {
1458           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1459
1460           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1461           {
1462               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingularExtensionMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1463
1464               if (excValue < ttValue - SingularExtensionMargin)
1465                   ext = OnePly;
1466           }
1467       }
1468
1469       newDepth = depth - OnePly + ext;
1470
1471       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1472       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1473
1474       // Step 12. Futility pruning
1475       if (   !isCheck
1476           && !dangerous
1477           && !captureOrPromotion
1478           && !move_is_castle(move)
1479           &&  move != ttMove)
1480       {
1481           // Move count based pruning
1482           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1483               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1484               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1485               continue;
1486
1487           // Value based pruning
1488           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*OnePly
1489           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1490                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1491
1492           if (futilityValueScaled < beta)
1493           {
1494               if (futilityValueScaled > bestValue)
1495                   bestValue = futilityValueScaled;
1496               continue;
1497           }
1498       }
1499
1500       // Step 13. Make the move
1501       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1502
1503       // Step 14. Reduced search, if the move fails high
1504       // will be re-searched at full depth.
1505       bool doFullDepthSearch = true;
1506
1507       if (    depth >= 3*OnePly
1508           && !dangerous
1509           && !captureOrPromotion
1510           && !move_is_castle(move)
1511           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1512       {
1513           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1514           if (ss[ply].reduction)
1515           {
1516               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1517               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1518           }
1519       }
1520
1521       // Step 15. Full depth search
1522       if (doFullDepthSearch)
1523       {
1524           ss[ply].reduction = Depth(0);
1525           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1526       }
1527
1528       // Step 16. Undo move
1529       pos.undo_move(move);
1530
1531       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1532
1533       // Step 17. Check for new best move
1534       if (value > bestValue)
1535       {
1536           bestValue = value;
1537           if (value >= beta)
1538               update_pv(ss, ply);
1539
1540           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1541               ss[ply].mateKiller = move;
1542       }
1543
1544       // Step 18. Check for split
1545       if (   TM.active_threads() > 1
1546           && bestValue < beta
1547           && depth >= MinimumSplitDepth
1548           && Iteration <= 99
1549           && TM.available_thread_exists(threadID)
1550           && !AbortSearch
1551           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1552           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue,
1553                       depth, mateThreat, &moveCount, &mp, threadID, false))
1554           break;
1555     }
1556
1557     // Step 19. Check for mate and stalemate
1558     // All legal moves have been searched and if there are
1559     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1560     // If one move was excluded return fail low score.
1561     if (!moveCount)
1562         return excludedMove ? beta - 1 : (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1563
1564     // Step 20. Update tables
1565     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1566     // history counters, and killer moves.
1567     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1568         return bestValue;
1569
1570     if (bestValue < beta)
1571         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1572     else
1573     {
1574         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1575         move = ss[ply].pv[ply];
1576         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1577         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1578         {
1579             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1580             update_killers(move, ss[ply]);
1581         }
1582
1583     }
1584
1585     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1586
1587     return bestValue;
1588   }
1589
1590
1591   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1592   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1593   // less than OnePly).
1594
1595   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1596                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1597
1598     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1599     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1600     assert(depth <= 0);
1601     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1602     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1603
1604     EvalInfo ei;
1605     StateInfo st;
1606     Move ttMove, move;
1607     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1608     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1609     const TTEntry* tte = NULL;
1610     int moveCount = 0;
1611     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1612     Value oldAlpha = alpha;
1613
1614     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1615     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1616     init_node(ss, ply, threadID);
1617
1618     // After init_node() that calls poll()
1619     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1620         return Value(0);
1621
1622     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1623         return VALUE_DRAW;
1624
1625     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1626     // pruning, but only for move ordering.
1627     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1628     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1629
1630     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply, true))
1631     {
1632         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1633
1634         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1635         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1636     }
1637
1638     isCheck = pos.is_check();
1639
1640     // Evaluate the position statically
1641     if (isCheck)
1642         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1643     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1644         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1645     else
1646         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1647
1648     if (!isCheck)
1649     {
1650         ss[ply].eval = staticValue;
1651         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1652     }
1653
1654     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1655     // at least beta.
1656     bestValue = staticValue;
1657
1658     if (bestValue >= beta)
1659     {
1660         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1661         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1662             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1663
1664         return bestValue;
1665     }
1666
1667     if (bestValue > alpha)
1668         alpha = bestValue;
1669
1670     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1671     bool deepChecks = (depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8);
1672
1673     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1674     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1675     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1676     // and we are near beta) will be generated.
1677     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1678     CheckInfo ci(pos);
1679     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1680     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1681
1682     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1683     while (   alpha < beta
1684            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1685     {
1686       assert(move_is_ok(move));
1687
1688       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1689
1690       // Update current move
1691       moveCount++;
1692       ss[ply].currentMove = move;
1693
1694       // Futility pruning
1695       if (   enoughMaterial
1696           && !isCheck
1697           && !pvNode
1698           && !moveIsCheck
1699           &&  move != ttMove
1700           && !move_is_promotion(move)
1701           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1702       {
1703           futilityValue =  futilityBase
1704                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1705                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1706
1707           if (futilityValue < alpha)
1708           {
1709               if (futilityValue > bestValue)
1710                   bestValue = futilityValue;
1711               continue;
1712           }
1713       }
1714
1715       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1716       evasionPrunable =   isCheck
1717                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1718                        && !pos.move_is_capture(move)
1719                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1720                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1721
1722       // Don't search moves with negative SEE values
1723       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1724           && !pvNode
1725           &&  move != ttMove
1726           && !move_is_promotion(move)
1727           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1728           continue;
1729
1730       // Make and search the move
1731       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1732       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1733       pos.undo_move(move);
1734
1735       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1736
1737       // New best move?
1738       if (value > bestValue)
1739       {
1740           bestValue = value;
1741           if (value > alpha)
1742           {
1743               alpha = value;
1744               update_pv(ss, ply);
1745           }
1746        }
1747     }
1748
1749     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1750     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1751     if (!moveCount && isCheck) // Mate!
1752         return value_mated_in(ply);
1753
1754     // Update transposition table
1755     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1756     if (bestValue <= oldAlpha)
1757     {
1758         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1759         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1760         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1761         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1762     }
1763     else if (bestValue >= beta)
1764     {
1765         move = ss[ply].pv[ply];
1766         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1767
1768         // Update killers only for good checking moves
1769         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1770             update_killers(move, ss[ply]);
1771     }
1772     else
1773         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1774
1775     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1776
1777     return bestValue;
1778   }
1779
1780
1781   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1782   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1783   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1784   // table, done a null move search, and searched the first move before
1785   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1786   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1787   // care of after we return from the split point.
1788
1789   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1790
1791     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1792     assert(TM.active_threads() > 1);
1793
1794     StateInfo st;
1795     Move move;
1796     Depth ext, newDepth;
1797     Value value, futilityValueScaled;
1798     bool isCheck, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1799     int moveCount;
1800     value = -VALUE_INFINITE;
1801
1802     Position pos(*sp->pos);
1803     CheckInfo ci(pos);
1804     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1805     isCheck = pos.is_check();
1806
1807     // Step 10. Loop through moves
1808     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1809     lock_grab(&(sp->lock));
1810
1811     while (    sp->bestValue < sp->beta
1812            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1813            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1814     {
1815       moveCount = ++sp->moves;
1816       lock_release(&(sp->lock));
1817
1818       assert(move_is_ok(move));
1819
1820       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1821       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1822
1823       // Step 11. Decide the new search depth
1824       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1825       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1826
1827       // Update current move
1828       ss[sp->ply].currentMove = move;
1829
1830       // Step 12. Futility pruning
1831       if (   !isCheck
1832           && !dangerous
1833           && !captureOrPromotion
1834           && !move_is_castle(move))
1835       {
1836           // Move count based pruning
1837           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1838               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1839               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1840           {
1841               lock_grab(&(sp->lock));
1842               continue;
1843           }
1844
1845           // Value based pruning
1846           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1847           futilityValueScaled =  ss[sp->ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1848                                      + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1849
1850           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1851           {
1852               lock_grab(&(sp->lock));
1853
1854               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1855                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1856               continue;
1857           }
1858       }
1859
1860       // Step 13. Make the move
1861       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1862
1863       // Step 14. Reduced search
1864       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1865       bool doFullDepthSearch = true;
1866
1867       if (   !dangerous
1868           && !captureOrPromotion
1869           && !move_is_castle(move)
1870           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1871       {
1872           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1873           if (ss[sp->ply].reduction)
1874           {
1875               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1876               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1877           }
1878       }
1879
1880       // Step 15. Full depth search
1881       if (doFullDepthSearch)
1882       {
1883           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1884           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1885       }
1886
1887       // Step 16. Undo move
1888       pos.undo_move(move);
1889
1890       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1891
1892       // Step 17. Check for new best move
1893       lock_grab(&(sp->lock));
1894
1895       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1896       {
1897           sp->bestValue = value;
1898           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1899           {
1900               sp->stopRequest = true;
1901               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1902           }
1903       }
1904     }
1905
1906     /* Here we have the lock still grabbed */
1907
1908     sp->slaves[threadID] = 0;
1909     sp->cpus--;
1910
1911     lock_release(&(sp->lock));
1912   }
1913
1914
1915   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1916   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1917   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1918   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1919   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1920   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1921   // after we return from the split point.
1922
1923   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1924
1925     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1926     assert(TM.active_threads() > 1);
1927
1928     StateInfo st;
1929     Move move;
1930     Depth ext, newDepth;
1931     Value value;
1932     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1933     int moveCount;
1934     value = -VALUE_INFINITE;
1935
1936     Position pos(*sp->pos);
1937     CheckInfo ci(pos);
1938     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1939
1940     // Step 10. Loop through moves
1941     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1942     lock_grab(&(sp->lock));
1943
1944     while (    sp->alpha < sp->beta
1945            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1946            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1947     {
1948       moveCount = ++sp->moves;
1949       lock_release(&(sp->lock));
1950
1951       assert(move_is_ok(move));
1952
1953       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1954       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1955
1956       // Step 11. Decide the new search depth
1957       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, sp->mateThreat, &dangerous);
1958       newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1959
1960       // Update current move
1961       ss[sp->ply].currentMove = move;
1962
1963       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1964
1965       // Step 13. Make the move
1966       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1967
1968       // Step 14. Reduced search
1969       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1970       bool doFullDepthSearch = true;
1971
1972       if (   !dangerous
1973           && !captureOrPromotion
1974           && !move_is_castle(move)
1975           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1976       {
1977           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1978           if (ss[sp->ply].reduction)
1979           {
1980               Value localAlpha = sp->alpha;
1981               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1982               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1983           }
1984       }
1985
1986       // Step 15. Full depth search
1987       if (doFullDepthSearch)
1988       {
1989           Value localAlpha = sp->alpha;
1990           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1991           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1992
1993           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
1994           {
1995               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1996               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1997               localAlpha = sp->alpha;
1998               if (localAlpha < sp->beta)
1999                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
2000           }
2001       }
2002
2003       // Step 16. Undo move
2004       pos.undo_move(move);
2005
2006       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
2007
2008       // Step 17. Check for new best move
2009       lock_grab(&(sp->lock));
2010
2011       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
2012       {
2013           sp->bestValue = value;
2014           if (value > sp->alpha)
2015           {
2016               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2017               if (value >= sp->beta)
2018                   sp->stopRequest = true;
2019
2020               sp->alpha = value;
2021
2022               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2023               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2024                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2025           }
2026       }
2027     }
2028
2029     /* Here we have the lock still grabbed */
2030
2031     sp->slaves[threadID] = 0;
2032     sp->cpus--;
2033
2034     lock_release(&(sp->lock));
2035   }
2036
2037
2038   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2039   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2040   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2041   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2042   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2043
2044   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2045
2046     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2047     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2048
2049     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2050
2051     if (threadID == 0)
2052     {
2053         NodesSincePoll++;
2054         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2055         {
2056             poll();
2057             NodesSincePoll = 0;
2058         }
2059     }
2060     ss[ply].init(ply);
2061     ss[ply + 2].initKillers();
2062   }
2063
2064
2065   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2066   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2067   // current node.
2068
2069   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2070
2071     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2072
2073     int p;
2074
2075     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2076
2077     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2078         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2079
2080     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2081   }
2082
2083
2084   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2085   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2086   // the PV at the parent node.
2087
2088   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2089
2090     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2091
2092     int p;
2093
2094     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2095
2096     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2097         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2098
2099     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2100   }
2101
2102
2103   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2104   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2105   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2106   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2107   // second move is assumed to be a move from the current position.
2108
2109   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2110
2111     Square f1, t1, f2, t2;
2112     Piece p;
2113
2114     assert(move_is_ok(m1));
2115     assert(move_is_ok(m2));
2116
2117     if (m2 == MOVE_NONE)
2118         return false;
2119
2120     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2121     f2 = move_from(m2);
2122     t1 = move_to(m1);
2123     if (f2 == t1)
2124         return true;
2125
2126     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2127     t2 = move_to(m2);
2128     f1 = move_from(m1);
2129     if (t2 == f1)
2130         return true;
2131
2132     // Case 3: Moving through the vacated square
2133     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2134         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2135       return true;
2136
2137     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2138     p = pos.piece_on(t1);
2139     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2140         return true;
2141
2142     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2143     if (    piece_is_slider(p)
2144         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2145         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2146     {
2147         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2148         // move is the opposite of the checking piece.
2149         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2150         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2151
2152         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2153             return true;
2154     }
2155     return false;
2156   }
2157
2158
2159   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2160   // eventually compensated for the ply.
2161
2162   bool value_is_mate(Value value) {
2163
2164     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2165
2166     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2167           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2168   }
2169
2170
2171   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2172   // killer moves of that ply.
2173
2174   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2175
2176       const Move* k = ss.killers;
2177       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2178           if (*k == m)
2179               return true;
2180
2181       return false;
2182   }
2183
2184
2185   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2186   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2187   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2188   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2189   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2190   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2191
2192   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2193                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2194
2195     assert(m != MOVE_NONE);
2196
2197     Depth result = Depth(0);
2198     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2199
2200     if (*dangerous)
2201     {
2202         if (moveIsCheck)
2203             result += CheckExtension[pvNode];
2204
2205         if (singleEvasion)
2206             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2207
2208         if (mateThreat)
2209             result += MateThreatExtension[pvNode];
2210     }
2211
2212     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2213     {
2214         Color c = pos.side_to_move();
2215         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2216         {
2217             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2218             *dangerous = true;
2219         }
2220         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2221         {
2222             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2223             *dangerous = true;
2224         }
2225     }
2226
2227     if (   captureOrPromotion
2228         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2229         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2230             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2231         && !move_is_promotion(m)
2232         && !move_is_ep(m))
2233     {
2234         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2235         *dangerous = true;
2236     }
2237
2238     if (   pvNode
2239         && captureOrPromotion
2240         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2241         && pos.see_sign(m) >= 0)
2242     {
2243         result += OnePly/2;
2244         *dangerous = true;
2245     }
2246
2247     return Min(result, OnePly);
2248   }
2249
2250
2251   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2252   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2253   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2254   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2255   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2256   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2257   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2258
2259   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2260
2261     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2262   }
2263
2264
2265   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2266   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2267   // candidates for pruning.
2268
2269   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2270
2271     assert(move_is_ok(m));
2272     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2273     assert(!pos.move_is_check(m));
2274     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2275     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2276
2277     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2278
2279     // Prune if there isn't any threat move
2280     if (threat == MOVE_NONE)
2281         return true;
2282
2283     mfrom = move_from(m);
2284     mto = move_to(m);
2285     tfrom = move_from(threat);
2286     tto = move_to(threat);
2287
2288     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2289     if (mfrom == tto)
2290         return false;
2291
2292     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2293     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2294     if (   pos.move_is_capture(threat)
2295         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2296             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2297         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2298         return false;
2299
2300     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2301     // prune safe moves which block its ray.
2302     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2303         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2304         && pos.see_sign(m) >= 0)
2305         return false;
2306
2307     return true;
2308   }
2309
2310
2311   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score can be used at a
2312   // given point in search. To avoid zugzwang issues TT cutoffs at the root node
2313   // of a null move verification search are not allowed if the TT value was found
2314   // by a null search, this is implemented testing allowNullmove and TT entry type.
2315
2316   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply, bool allowNullmove) {
2317
2318     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2319
2320     return   (allowNullmove || !(tte->type() & VALUE_TYPE_NULL))
2321
2322           && (   tte->depth() >= depth
2323               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2324               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2325
2326           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2327               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2328   }
2329
2330
2331   // refine_eval() returns the transposition table score if
2332   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2333
2334   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2335
2336       if (!tte)
2337           return defaultEval;
2338
2339       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2340
2341       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2342           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2343           return v;
2344
2345       return defaultEval;
2346   }
2347
2348
2349   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2350   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2351
2352   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2353                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2354
2355     Move m;
2356
2357     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2358
2359     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2360     {
2361         m = movesSearched[i];
2362
2363         assert(m != move);
2364
2365         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2366             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2367     }
2368   }
2369
2370
2371   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2372   // among the killer moves of that ply.
2373
2374   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2375
2376     if (m == ss.killers[0])
2377         return;
2378
2379     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2380         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2381
2382     ss.killers[0] = m;
2383   }
2384
2385
2386   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2387   // the static position evaluation before and after the move.
2388
2389   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2390
2391     if (   m != MOVE_NULL
2392         && before != VALUE_NONE
2393         && after != VALUE_NONE
2394         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2395         && !move_is_castle(m)
2396         && !move_is_promotion(m))
2397         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2398   }
2399
2400
2401   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2402   // since the beginning of the current search.
2403
2404   int current_search_time() {
2405
2406     return get_system_time() - SearchStartTime;
2407   }
2408
2409
2410   // nps() computes the current nodes/second count.
2411
2412   int nps() {
2413
2414     int t = current_search_time();
2415     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2416   }
2417
2418
2419   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2420   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2421   // search.
2422
2423   void poll() {
2424
2425     static int lastInfoTime;
2426     int t = current_search_time();
2427
2428     //  Poll for input
2429     if (Bioskey())
2430     {
2431         // We are line oriented, don't read single chars
2432         std::string command;
2433
2434         if (!std::getline(std::cin, command))
2435             command = "quit";
2436
2437         if (command == "quit")
2438         {
2439             AbortSearch = true;
2440             PonderSearch = false;
2441             Quit = true;
2442             return;
2443         }
2444         else if (command == "stop")
2445         {
2446             AbortSearch = true;
2447             PonderSearch = false;
2448         }
2449         else if (command == "ponderhit")
2450             ponderhit();
2451     }
2452
2453     // Print search information
2454     if (t < 1000)
2455         lastInfoTime = 0;
2456
2457     else if (lastInfoTime > t)
2458         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2459         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2460         lastInfoTime = 0;
2461
2462     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2463     {
2464         lastInfoTime = t;
2465
2466         if (dbg_show_mean)
2467             dbg_print_mean();
2468
2469         if (dbg_show_hit_rate)
2470             dbg_print_hit_rate();
2471
2472         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2473              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2474     }
2475
2476     // Should we stop the search?
2477     if (PonderSearch)
2478         return;
2479
2480     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2481                            && !AspirationFailLow
2482                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2483
2484     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2485                      || stillAtFirstMove;
2486
2487     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2488         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2489         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2490         AbortSearch = true;
2491   }
2492
2493
2494   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2495   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2496   // it correctly predicted the opponent's move.
2497
2498   void ponderhit() {
2499
2500     int t = current_search_time();
2501     PonderSearch = false;
2502
2503     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
2504                            && !AspirationFailLow
2505                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2506
2507     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2508                      || stillAtFirstMove;
2509
2510     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2511         AbortSearch = true;
2512   }
2513
2514
2515   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2516
2517   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2518
2519     for (int i = 0; i < 3; i++)
2520     {
2521         ss[i].init(i);
2522         ss[i].initKillers();
2523     }
2524   }
2525
2526
2527   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2528   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2529   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2530   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2531   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2532   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2533
2534   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2535
2536     std::string command;
2537
2538     while (true)
2539     {
2540         if (!std::getline(std::cin, command))
2541             command = "quit";
2542
2543         if (command == "quit")
2544         {
2545             Quit = true;
2546             break;
2547         }
2548         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2549             break;
2550     }
2551   }
2552
2553
2554   // print_pv_info() prints to standard output and eventually to log file information on
2555   // the current PV line. It is called at each iteration or after a new pv is found.
2556
2557   void print_pv_info(const Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Value value) {
2558
2559     cout << "info depth " << Iteration
2560          << " score " << value_to_string(value)
2561          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
2562             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
2563          << " time "  << current_search_time()
2564          << " nodes " << TM.nodes_searched()
2565          << " nps "   << nps()
2566          << " pv ";
2567
2568     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
2569         cout << ss[0].pv[j] << " ";
2570
2571     cout << endl;
2572
2573     if (UseLogFile)
2574     {
2575         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
2576             : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
2577
2578         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
2579                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
2580     }
2581   }
2582
2583
2584   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2585   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2586   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2587   // threads and one for Windows threads.
2588
2589 #if !defined(_MSC_VER)
2590
2591   void* init_thread(void *threadID) {
2592
2593     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2594     return NULL;
2595   }
2596
2597 #else
2598
2599   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2600
2601     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2602     return 0;
2603   }
2604
2605 #endif
2606
2607
2608   /// The ThreadsManager class
2609
2610   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2611   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2612   // counters used to sort the moves at root.
2613
2614   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2615
2616     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2617         threads[i].nodes = 0ULL;
2618   }
2619
2620   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2621
2622     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2623         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2624   }
2625
2626   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2627
2628     int64_t result = 0ULL;
2629     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2630         result += threads[i].nodes;
2631
2632     return result;
2633   }
2634
2635   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2636
2637     our = their = 0UL;
2638     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2639     {
2640         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2641         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2642     }
2643   }
2644
2645
2646   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2647   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2648   // object for which the current thread is the master.
2649
2650   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2651
2652     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2653
2654     while (true)
2655     {
2656         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2657         // master should exit as last one.
2658         if (AllThreadsShouldExit)
2659         {
2660             assert(!waitSp);
2661             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2662             return;
2663         }
2664
2665         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2666         // instead of wasting CPU time polling for work.
2667         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2668         {
2669             assert(!waitSp);
2670             assert(threadID != 0);
2671             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2672
2673 #if !defined(_MSC_VER)
2674             lock_grab(&WaitLock);
2675             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2676                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2677             lock_release(&WaitLock);
2678 #else
2679             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2680 #endif
2681         }
2682
2683         // If thread has just woken up, mark it as available
2684         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2685             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2686
2687         // If this thread has been assigned work, launch a search
2688         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2689         {
2690             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2691
2692             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2693
2694             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2695                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2696             else
2697                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2698
2699             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2700
2701             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2702         }
2703
2704         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2705         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2706         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2707         {
2708             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2709
2710             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2711             return;
2712         }
2713     }
2714   }
2715
2716
2717   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2718   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2719   // objects.
2720
2721   void ThreadsManager::init_threads() {
2722
2723     volatile int i;
2724     bool ok;
2725
2726 #if !defined(_MSC_VER)
2727     pthread_t pthread[1];
2728 #endif
2729
2730     // Initialize global locks
2731     lock_init(&MPLock, NULL);
2732     lock_init(&WaitLock, NULL);
2733
2734 #if !defined(_MSC_VER)
2735     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2736 #else
2737     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2738         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2739 #endif
2740
2741     // Initialize SplitPointStack locks
2742     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2743         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2744         {
2745             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2746             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2747         }
2748
2749     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2750     AllThreadsShouldExit = false;
2751
2752     // Threads will be put to sleep as soon as created
2753     AllThreadsShouldSleep = true;
2754
2755     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2756     ActiveThreads = 1;
2757     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2758     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2759         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2760
2761     // Launch the helper threads
2762     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2763     {
2764
2765 #if !defined(_MSC_VER)
2766         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2767 #else
2768         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, NULL) != NULL);
2769 #endif
2770
2771         if (!ok)
2772         {
2773             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2774             Application::exit_with_failure();
2775         }
2776
2777         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2778         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2779     }
2780   }
2781
2782
2783   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2784   // helper threads exit cleanly.
2785
2786   void ThreadsManager::exit_threads() {
2787
2788     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2789     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2790     wake_sleeping_threads();
2791
2792     // This makes the threads to exit idle_loop()
2793     AllThreadsShouldExit = true;
2794
2795     // Wait for thread termination
2796     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2797         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2798
2799     // Now we can safely destroy the locks
2800     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2801         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2802             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2803
2804     lock_destroy(&WaitLock);
2805     lock_destroy(&MPLock);
2806   }
2807
2808
2809   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2810   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2811   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2812
2813   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2814
2815     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2816
2817     SplitPoint* sp;
2818
2819     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2820     return sp != NULL;
2821   }
2822
2823
2824   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2825   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2826   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2827   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2828   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2829   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2830   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2831
2832   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2833
2834     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2835     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2836     assert(ActiveThreads > 1);
2837
2838     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2839         return false;
2840
2841     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2842     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2843
2844     if (localActiveSplitPoints == 0)
2845         // No active split points means that the thread is available as
2846         // a slave for any other thread.
2847         return true;
2848
2849     if (ActiveThreads == 2)
2850         return true;
2851
2852     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2853     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2854     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2855     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2856         return true;
2857
2858     return false;
2859   }
2860
2861
2862   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2863   // a slave for the thread with threadID "master".
2864
2865   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2866
2867     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2868     assert(ActiveThreads > 1);
2869
2870     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2871         if (thread_is_available(i, master))
2872             return true;
2873
2874     return false;
2875   }
2876
2877
2878   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2879   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2880   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2881   // split point objects), the function immediately returns false. If
2882   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2883   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2884   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2885   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2886   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2887   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2888   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2889
2890   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2891              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
2892              Depth depth, bool mateThreat, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2893
2894     assert(p.is_ok());
2895     assert(sstck != NULL);
2896     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2897     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2898     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2899            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2900     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2901     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2902     assert(depth > Depth(0));
2903     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2904     assert(ActiveThreads > 1);
2905
2906     SplitPoint* splitPoint;
2907
2908     lock_grab(&MPLock);
2909
2910     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2911     // active split points, don't split.
2912     if (   !available_thread_exists(master)
2913         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2914     {
2915         lock_release(&MPLock);
2916         return false;
2917     }
2918
2919     // Pick the next available split point object from the split point stack
2920     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2921
2922     // Initialize the split point object
2923     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2924     splitPoint->stopRequest = false;
2925     splitPoint->ply = ply;
2926     splitPoint->depth = depth;
2927     splitPoint->mateThreat = mateThreat;
2928     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2929     splitPoint->beta = beta;
2930     splitPoint->pvNode = pvNode;
2931     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2932     splitPoint->master = master;
2933     splitPoint->mp = mp;
2934     splitPoint->moves = *moves;
2935     splitPoint->cpus = 1;
2936     splitPoint->pos = &p;
2937     splitPoint->parentSstack = sstck;
2938     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2939         splitPoint->slaves[i] = 0;
2940
2941     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2942     threads[master].activeSplitPoints++;
2943
2944     // If we are here it means we are not available
2945     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2946
2947     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2948     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2949         if (thread_is_available(i, master))
2950         {
2951             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2952             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2953             splitPoint->slaves[i] = 1;
2954             splitPoint->cpus++;
2955         }
2956
2957     assert(splitPoint->cpus > 1);
2958
2959     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2960     lock_release(&MPLock);
2961
2962     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2963     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2964     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2965         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2966         {
2967             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2968
2969             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2970
2971             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2972         }
2973
2974     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2975     // which it will instantly launch a search, because its state is
2976     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2977     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2978     // loop when all threads have finished their work at this split point
2979     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2980     idle_loop(master, splitPoint);
2981
2982     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2983     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2984     lock_grab(&MPLock);
2985
2986     if (pvNode)
2987         *alpha = splitPoint->alpha;
2988
2989     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2990     threads[master].activeSplitPoints--;
2991     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2992
2993     lock_release(&MPLock);
2994     return true;
2995   }
2996
2997
2998   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2999   // to start a new search from the root.
3000
3001   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
3002
3003     assert(AllThreadsShouldSleep);
3004     assert(ActiveThreads > 0);
3005
3006     AllThreadsShouldSleep = false;
3007
3008     if (ActiveThreads == 1)
3009         return;
3010
3011 #if !defined(_MSC_VER)
3012     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
3013     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
3014     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
3015 #else
3016     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
3017         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
3018 #endif
3019
3020   }
3021
3022
3023   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3024   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
3025   // finished the job and should be idle.
3026
3027   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3028
3029     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3030
3031     // This makes the threads to go to sleep
3032     AllThreadsShouldSleep = true;
3033   }
3034
3035   /// The RootMoveList class
3036
3037   // RootMoveList c'tor
3038
3039   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3040
3041     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3042     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3043     StateInfo st;
3044     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3045
3046     // Generate all legal moves
3047     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3048
3049     // Add each move to the moves[] array
3050     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3051     {
3052         bool includeMove = includeAllMoves;
3053
3054         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3055             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3056
3057         if (!includeMove)
3058             continue;
3059
3060         // Find a quick score for the move
3061         init_ss_array(ss);
3062         pos.do_move(cur->move, st);
3063         moves[count].move = cur->move;
3064         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3065         moves[count].pv[0] = cur->move;
3066         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3067         pos.undo_move(cur->move);
3068         count++;
3069     }
3070     sort();
3071   }
3072
3073
3074   // RootMoveList simple methods definitions
3075
3076   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3077
3078     moves[moveNum].nodes = nodes;
3079     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3080   }
3081
3082   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3083
3084     moves[moveNum].ourBeta = our;
3085     moves[moveNum].theirBeta = their;
3086   }
3087
3088   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3089
3090     int j;
3091
3092     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3093         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3094
3095     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3096   }
3097
3098
3099   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3100   // iteration.
3101
3102   void RootMoveList::sort() {
3103
3104     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3105   }
3106
3107
3108   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3109   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3110   // correctly in MultiPV mode.
3111
3112   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3113
3114     int i,j;
3115
3116     for (i = 1; i <= n; i++)
3117     {
3118         RootMove rm = moves[i];
3119         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3120             moves[j] = moves[j - 1];
3121
3122         moves[j] = rm;
3123     }
3124   }
3125
3126 } // namspace