f35f6b6cf91293bb5b43c1d8ef58df75bf7f8211
[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 #include <vector>
32
33 #include "book.h"
34 #include "evaluate.h"
35 #include "history.h"
36 #include "misc.h"
37 #include "move.h"
38 #include "movegen.h"
39 #include "movepick.h"
40 #include "lock.h"
41 #include "search.h"
42 #include "timeman.h"
43 #include "thread.h"
44 #include "tt.h"
45 #include "ucioption.h"
46
47 using std::cout;
48 using std::endl;
49
50 ////
51 //// Local definitions
52 ////
53
54 namespace {
55
56   // Types
57   enum NodeType { NonPV, PV };
58
59   // Set to true to force running with one thread.
60   // Used for debugging SMP code.
61   const bool FakeSplit = false;
62
63   // Fast lookup table of sliding pieces indexed by Piece
64   const bool Slidings[18] = { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1 };
65   inline bool piece_is_slider(Piece p) { return Slidings[p]; }
66
67   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
68   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
69   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
70   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
71
72   class ThreadsManager {
73     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
74        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
75        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
76     */
77   public:
78     void init_threads();
79     void exit_threads();
80
81     int min_split_depth() const { return minimumSplitDepth; }
82     int active_threads() const { return activeThreads; }
83     void set_active_threads(int cnt) { activeThreads = cnt; }
84
85     void read_uci_options();
86     bool available_thread_exists(int master) const;
87     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
88     bool cutoff_at_splitpoint(int threadID) const;
89     void wake_sleeping_thread(int threadID);
90     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp);
91
92     template <bool Fake>
93     void split(Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
94                Depth depth, Move threatMove, bool mateThreat, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode);
95
96   private:
97     Depth minimumSplitDepth;
98     int maxThreadsPerSplitPoint;
99     bool useSleepingThreads;
100     int activeThreads;
101     volatile bool allThreadsShouldExit;
102     Thread threads[MAX_THREADS];
103     Lock mpLock, sleepLock[MAX_THREADS];
104     WaitCondition sleepCond[MAX_THREADS];
105   };
106
107
108   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each root
109   // move, we store two scores, a node count, and a PV (really a refutation
110   // in the case of moves which fail low). Value pv_score is normally set at
111   // -VALUE_INFINITE for all non-pv moves, while non_pv_score is computed
112   // according to the order in which moves are returned by MovePicker.
113
114   struct RootMove {
115
116     RootMove();
117     RootMove(const RootMove& rm) { *this = rm; }
118     RootMove& operator=(const RootMove& rm);
119
120     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
121     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
122     // than a move m2 if it has an higher pv_score, or if it has
123     // equal pv_score but m1 has the higher non_pv_score. In this
124     // way we are guaranteed that PV moves are always sorted as first.
125     bool operator<(const RootMove& m) const {
126       return pv_score != m.pv_score ? pv_score < m.pv_score
127                                     : non_pv_score < m.non_pv_score;
128     }
129
130     void extract_pv_from_tt(Position& pos);
131     void insert_pv_in_tt(Position& pos);
132     std::string pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta, int pvLine);
133
134     int64_t nodes;
135     Value pv_score;
136     Value non_pv_score;
137     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
138   };
139
140
141   // RootMoveList struct is essentially a std::vector<> of RootMove objects,
142   // with an handful of methods above the standard ones.
143
144   struct RootMoveList : public std::vector<RootMove> {
145
146     typedef std::vector<RootMove> Base;
147
148     void init(Position& pos, Move searchMoves[]);
149     void sort() { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), end()); }
150     void sort_multipv(int n) { insertion_sort<RootMove, Base::iterator>(begin(), begin() + n); }
151
152     int bestMoveChanges;
153   };
154
155
156   // When formatting a move for std::cout we must know if we are in Chess960
157   // or not. To keep using the handy operator<<() on the move the trick is to
158   // embed this flag in the stream itself. Function-like named enum set960 is
159   // used as a custom manipulator and the stream internal general-purpose array,
160   // accessed through ios_base::iword(), is used to pass the flag to the move's
161   // operator<<() that will use it to properly format castling moves.
162   enum set960 {};
163
164   std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const set960& f) {
165
166     os.iword(0) = int(f);
167     return os;
168   }
169
170
171   // Overload operator << for moves to make it easier to print moves in
172   // coordinate notation compatible with UCI protocol.
173   std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Move m) {
174
175     bool chess960 = (os.iword(0) != 0); // See set960()
176     return os << move_to_uci(m, chess960);
177   }
178
179
180   /// Adjustments
181
182   // Step 6. Razoring
183
184   // Maximum depth for razoring
185   const Depth RazorDepth = 4 * ONE_PLY;
186
187   // Dynamic razoring margin based on depth
188   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(0x200 + 0x10 * int(d)); }
189
190   // Maximum depth for use of dynamic threat detection when null move fails low
191   const Depth ThreatDepth = 5 * ONE_PLY;
192
193   // Step 9. Internal iterative deepening
194
195   // Minimum depth for use of internal iterative deepening
196   const Depth IIDDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 5 * ONE_PLY /* PV */};
197
198   // At Non-PV nodes we do an internal iterative deepening search
199   // when the static evaluation is bigger then beta - IIDMargin.
200   const Value IIDMargin = Value(0x100);
201
202   // Step 11. Decide the new search depth
203
204   // Extensions. Configurable UCI options
205   // Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
206   Depth CheckExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2], PassedPawnExtension[2];
207   Depth PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
208
209   // Minimum depth for use of singular extension
210   const Depth SingularExtensionDepth[2] = { 8 * ONE_PLY /* non-PV */, 6 * ONE_PLY /* PV */};
211
212   // Step 12. Futility pruning
213
214   // Futility margin for quiescence search
215   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
216
217   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
218   Value FutilityMarginsMatrix[16][64]; // [depth][moveNumber]
219   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
220
221   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 1)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE; }
222   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16 * ONE_PLY ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
223
224   // Step 14. Reduced search
225
226   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their getter functions
227   int8_t ReductionMatrix[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
228
229   template <NodeType PV>
230   inline Depth reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) ReductionMatrix[PV][Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
231
232   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
233   // better than the second best move.
234   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
235
236
237   /// Namespace variables
238
239   // Book object
240   Book OpeningBook;
241
242   // Root move list
243   RootMoveList Rml;
244
245   // MultiPV mode
246   int MultiPV;
247
248   // Time management variables
249   int SearchStartTime, MaxNodes, MaxDepth, ExactMaxTime;
250   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, Pondering, StopOnPonderhit;
251   bool FirstRootMove, StopRequest, QuitRequest, AspirationFailLow;
252   TimeManager TimeMgr;
253
254   // Log file
255   bool UseLogFile;
256   std::ofstream LogFile;
257
258   // Multi-threads manager object
259   ThreadsManager ThreadsMgr;
260
261   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different cache
262   // lines (64 bytes each) from the heavy multi-thread read accessed variables.
263   bool SendSearchedNodes;
264   int NodesSincePoll;
265   int NodesBetweenPolls = 30000;
266
267   // History table
268   History H;
269
270   /// Local functions
271
272   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove);
273
274   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
275   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply);
276
277   template <NodeType PvNode>
278   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply);
279
280   template <NodeType PvNode>
281   inline Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
282
283       return depth < ONE_PLY ? qsearch<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO, ply)
284                              : search<PvNode, false, false>(pos, ss, alpha, beta, depth, ply);
285   }
286
287   template <NodeType PvNode>
288   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion, bool moveIsCheck, bool mateThreat, bool* dangerous);
289
290   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bValue);
291   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
292   bool value_is_mate(Value value);
293   Value value_to_tt(Value v, int ply);
294   Value value_from_tt(Value v, int ply);
295   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
296   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat);
297   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
298   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
299   void update_killers(Move m, Move killers[]);
300   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
301   void qsearch_scoring(Position& pos, MoveStack* mlist, MoveStack* last);
302
303   int current_search_time();
304   std::string value_to_uci(Value v);
305   std::string speed_to_uci(int64_t nodes);
306   void poll(const Position& pos);
307   void wait_for_stop_or_ponderhit();
308
309 #if !defined(_MSC_VER)
310   void* init_thread(void* threadID);
311 #else
312   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
313 #endif
314
315
316   // MovePickerExt is an extended MovePicker used to choose at compile time
317   // the proper move source according to the type of node.
318   template<bool SpNode, bool Root> struct MovePickerExt;
319
320   // In Root nodes use RootMoveList Rml as source. Score and sort the root moves
321   // before to search them.
322   template<> struct MovePickerExt<false, true> : public MovePicker {
323
324     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h, SearchStack* ss, Value b)
325                  : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b), firstCall(true) {
326       Move move;
327       Value score = VALUE_ZERO;
328
329       // Score root moves using the standard way used in main search, the moves
330       // are scored according to the order in which they are returned by MovePicker.
331       // This is the second order score that is used to compare the moves when
332       // the first order pv scores of both moves are equal.
333       while ((move = MovePicker::get_next_move()) != MOVE_NONE)
334           for (rm = Rml.begin(); rm != Rml.end(); ++rm)
335               if (rm->pv[0] == move)
336               {
337                   rm->non_pv_score = score--;
338                   break;
339               }
340
341       Rml.sort();
342       rm = Rml.begin();
343     }
344
345     Move get_next_move() {
346
347       if (!firstCall)
348           ++rm;
349       else
350           firstCall = false;
351
352       return rm != Rml.end() ? rm->pv[0] : MOVE_NONE;
353     }
354
355     RootMoveList::iterator rm;
356     bool firstCall;
357   };
358
359   // In SpNodes use split point's shared MovePicker object as move source
360   template<> struct MovePickerExt<true, false> : public MovePicker {
361
362     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
363                   SearchStack* ss, Value b) : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b),
364                   mp(ss->sp->mp) {}
365
366     Move get_next_move() { return mp->get_next_move(); }
367
368     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
369     MovePicker* mp;
370   };
371
372   // Default case, create and use a MovePicker object as source
373   template<> struct MovePickerExt<false, false> : public MovePicker {
374
375     MovePickerExt(const Position& p, Move ttm, Depth d, const History& h,
376                   SearchStack* ss, Value b) : MovePicker(p, ttm, d, h, ss, b) {}
377
378     RootMoveList::iterator rm; // Dummy, needed to compile
379   };
380
381 } // namespace
382
383
384 ////
385 //// Functions
386 ////
387
388 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
389 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
390
391 void init_threads() { ThreadsMgr.init_threads(); }
392 void exit_threads() { ThreadsMgr.exit_threads(); }
393
394
395 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
396
397 void init_search() {
398
399   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
400   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
401   int mc; // moveCount
402
403   // Init reductions array
404   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
405   {
406       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
407       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
408       ReductionMatrix[PV][hd][mc]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
409       ReductionMatrix[NonPV][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
410   }
411
412   // Init futility margins array
413   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
414       FutilityMarginsMatrix[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
415
416   // Init futility move count array
417   for (d = 0; d < 32; d++)
418       FutilityMoveCountArray[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(d, 2.0));
419 }
420
421
422 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
423 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
424
425 int64_t perft(Position& pos, Depth depth)
426 {
427     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
428     StateInfo st;
429     Move m;
430     int64_t sum = 0;
431
432     // Generate all legal moves
433     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
434
435     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
436     // the moves, just to count them.
437     if (depth <= ONE_PLY)
438         return int(last - mlist);
439
440     // Loop through all legal moves
441     CheckInfo ci(pos);
442     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
443     {
444         m = cur->move;
445         pos.do_move(m, st, ci, pos.move_is_check(m, ci));
446         sum += perft(pos, depth - ONE_PLY);
447         pos.undo_move(m);
448     }
449     return sum;
450 }
451
452
453 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
454 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
455 /// search-related global variables, and calls id_loop(). It returns false
456 /// when a quit command is received during the search.
457
458 bool think(Position& pos, bool infinite, bool ponder, int time[], int increment[],
459            int movesToGo, int maxDepth, int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
460
461   // Initialize global search variables
462   StopOnPonderhit = StopRequest = QuitRequest = AspirationFailLow = SendSearchedNodes = false;
463   NodesSincePoll = 0;
464   SearchStartTime = get_system_time();
465   ExactMaxTime = maxTime;
466   MaxDepth = maxDepth;
467   MaxNodes = maxNodes;
468   InfiniteSearch = infinite;
469   Pondering = ponder;
470   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
471
472   // Look for a book move, only during games, not tests
473   if (UseTimeManagement && Options["OwnBook"].value<bool>())
474   {
475       if (Options["Book File"].value<std::string>() != OpeningBook.name())
476           OpeningBook.open(Options["Book File"].value<std::string>());
477
478       Move bookMove = OpeningBook.get_move(pos, Options["Best Book Move"].value<bool>());
479       if (bookMove != MOVE_NONE)
480       {
481           if (Pondering)
482               wait_for_stop_or_ponderhit();
483
484           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
485           return !QuitRequest;
486       }
487   }
488
489   // Read UCI option values
490   TT.set_size(Options["Hash"].value<int>());
491   if (Options["Clear Hash"].value<bool>())
492   {
493       Options["Clear Hash"].set_value("false");
494       TT.clear();
495   }
496
497   CheckExtension[1]         = Options["Check Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
498   CheckExtension[0]         = Options["Check Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
499   PawnPushTo7thExtension[1] = Options["Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
500   PawnPushTo7thExtension[0] = Options["Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
501   PassedPawnExtension[1]    = Options["Passed Pawn Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
502   PassedPawnExtension[0]    = Options["Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
503   PawnEndgameExtension[1]   = Options["Pawn Endgame Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
504   PawnEndgameExtension[0]   = Options["Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
505   MateThreatExtension[1]    = Options["Mate Threat Extension (PV nodes)"].value<Depth>();
506   MateThreatExtension[0]    = Options["Mate Threat Extension (non-PV nodes)"].value<Depth>();
507   MultiPV                   = Options["MultiPV"].value<int>();
508   UseLogFile                = Options["Use Search Log"].value<bool>();
509
510   read_evaluation_uci_options(pos.side_to_move());
511
512   // Set the number of active threads
513   ThreadsMgr.read_uci_options();
514   init_eval(ThreadsMgr.active_threads());
515
516   // Wake up needed threads
517   for (int i = 1; i < ThreadsMgr.active_threads(); i++)
518       ThreadsMgr.wake_sleeping_thread(i);
519
520   // Set thinking time
521   int myTime = time[pos.side_to_move()];
522   int myIncrement = increment[pos.side_to_move()];
523   if (UseTimeManagement)
524       TimeMgr.init(myTime, myIncrement, movesToGo, pos.startpos_ply_counter());
525
526   // Set best NodesBetweenPolls interval to avoid lagging under
527   // heavy time pressure.
528   if (MaxNodes)
529       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
530   else if (myTime && myTime < 1000)
531       NodesBetweenPolls = 1000;
532   else if (myTime && myTime < 5000)
533       NodesBetweenPolls = 5000;
534   else
535       NodesBetweenPolls = 30000;
536
537   // Write search information to log file
538   if (UseLogFile)
539   {
540       std::string name = Options["Search Log Filename"].value<std::string>();
541       LogFile.open(name.c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
542
543       LogFile << "\nSearching: "  << pos.to_fen()
544               << "\ninfinite: "   << infinite
545               << " ponder: "      << ponder
546               << " time: "        << myTime
547               << " increment: "   << myIncrement
548               << " moves to go: " << movesToGo
549               << endl;
550   }
551
552   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
553   Move ponderMove = MOVE_NONE;
554   Move bestMove = id_loop(pos, searchMoves, &ponderMove);
555
556   // Print final search statistics
557   cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
558
559   if (UseLogFile)
560   {
561       int t = current_search_time();
562
563       LogFile << "Nodes: "          << pos.nodes_searched()
564               << "\nNodes/second: " << (t > 0 ? int(pos.nodes_searched() * 1000 / t) : 0)
565               << "\nBest move: "    << move_to_san(pos, bestMove);
566
567       StateInfo st;
568       pos.do_move(bestMove, st);
569       LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(pos, ponderMove) << endl;
570       pos.undo_move(bestMove); // Return from think() with unchanged position
571       LogFile.close();
572   }
573
574   // This makes all the threads to go to sleep
575   ThreadsMgr.set_active_threads(1);
576
577   // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
578   // best move before we are told to do so.
579   if (!StopRequest && (Pondering || InfiniteSearch))
580       wait_for_stop_or_ponderhit();
581
582   // Could be both MOVE_NONE when searching on a stalemate position
583   cout << "bestmove " << bestMove << " ponder " << ponderMove << endl;
584
585   return !QuitRequest;
586 }
587
588
589 namespace {
590
591   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
592   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
593   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
594
595   Move id_loop(Position& pos, Move searchMoves[], Move* ponderMove) {
596
597     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
598     Value bestValues[PLY_MAX_PLUS_2];
599     int bestMoveChanges[PLY_MAX_PLUS_2];
600     int depth, researchCountFL, researchCountFH, aspirationDelta;
601     Value value, alpha, beta;
602     Move bestMove, easyMove;
603
604     // Moves to search are verified, scored and sorted
605     Rml.init(pos, searchMoves);
606
607     // Initialize FIXME move before Rml.init()
608     TT.new_search();
609     H.clear();
610     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
611     *ponderMove = bestMove = easyMove = MOVE_NONE;
612     depth = aspirationDelta = 0;
613     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update_gains()
614     alpha = -VALUE_INFINITE, beta = VALUE_INFINITE;
615
616     // Handle special case of searching on a mate/stalemate position
617     if (Rml.size() == 0)
618     {
619         cout << "info depth 0 score "
620              << value_to_uci(pos.is_check() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
621              << endl;
622
623         return MOVE_NONE;
624     }
625
626     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
627     if (   Rml.size() == 1
628         || Rml[0].pv_score > Rml[1].pv_score + EasyMoveMargin)
629         easyMove = Rml[0].pv[0];
630
631     // Iterative deepening loop
632     while (++depth <= PLY_MAX && (!MaxDepth || depth <= MaxDepth) && !StopRequest)
633     {
634         Rml.bestMoveChanges = researchCountFL = researchCountFH = 0;
635         cout << "info depth " << depth << endl;
636
637         // Calculate dynamic aspiration window based on previous iterations
638         if (MultiPV == 1 && depth >= 5 && abs(bestValues[depth - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
639         {
640             int prevDelta1 = bestValues[depth - 1] - bestValues[depth - 2];
641             int prevDelta2 = bestValues[depth - 2] - bestValues[depth - 3];
642
643             aspirationDelta = Min(Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16), 24);
644             aspirationDelta = (aspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
645
646             alpha = Max(bestValues[depth - 1] - aspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
647             beta  = Min(bestValues[depth - 1] + aspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
648         }
649
650         // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
651         // research with bigger window until not failing high/low anymore.
652         while (true)
653         {
654             // Search starting from ss+1 to allow calling update_gains()
655             value = search<PV, false, true>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY, 0);
656
657             // Send PV line to GUI and write to transposition table in case the
658             // relevant entries have been overwritten during the search.
659             for (int i = 0; i < Min(MultiPV, (int)Rml.size()); i++)
660             {
661                 Rml[i].insert_pv_in_tt(pos);
662                 cout << set960(pos.is_chess960())
663                      << Rml[i].pv_info_to_uci(pos, depth, alpha, beta, i) << endl;
664             }
665
666             // Value cannot be trusted. Break out immediately!
667             if (StopRequest)
668                 break;
669
670             assert(value >= alpha);
671
672             // In case of failing high/low increase aspiration window and research,
673             // otherwise exit the fail high/low loop.
674             if (value >= beta)
675             {
676                 beta = Min(beta + aspirationDelta * (1 << researchCountFH), VALUE_INFINITE);
677                 researchCountFH++;
678             }
679             else if (value <= alpha)
680             {
681                 AspirationFailLow = true;
682                 StopOnPonderhit = false;
683
684                 alpha = Max(alpha - aspirationDelta * (1 << researchCountFL), -VALUE_INFINITE);
685                 researchCountFL++;
686             }
687             else
688                 break;
689         }
690
691         // Collect info about search result
692         bestMove = Rml[0].pv[0];
693         bestValues[depth] = value;
694         bestMoveChanges[depth] = Rml.bestMoveChanges;
695
696         if (UseLogFile)
697             LogFile << pretty_pv(pos, depth, value, current_search_time(), Rml[0].pv) << endl;
698
699         // Drop the easy move if differs from the new best move
700         if (bestMove != easyMove)
701             easyMove = MOVE_NONE;
702
703         if (UseTimeManagement && !StopRequest)
704         {
705             // Time to stop?
706             bool noMoreTime = false;
707
708             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
709             if (   depth >= 5
710                 && abs(bestValues[depth])     >= abs(VALUE_MATE) - 100
711                 && abs(bestValues[depth - 1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
712                 noMoreTime = true;
713
714             // Stop search early if one move seems to be much better than the
715             // others or if there is only a single legal move. In this latter
716             // case we search up to Iteration 8 anyway to get a proper score.
717             if (   depth >= 7
718                 && easyMove == bestMove
719                 && (   Rml.size() == 1
720                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 85) / 100
721                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 16)
722                     ||(   Rml[0].nodes > (pos.nodes_searched() * 98) / 100
723                        && current_search_time() > TimeMgr.available_time() / 32)))
724                 noMoreTime = true;
725
726             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
727             if (depth > 4 && depth < 50)
728                 TimeMgr.pv_instability(bestMoveChanges[depth], bestMoveChanges[depth-1]);
729
730             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
731             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
732             // move at the next iteration anyway.
733             if (current_search_time() > (TimeMgr.available_time() * 80) / 128)
734                 noMoreTime = true;
735
736             if (noMoreTime)
737             {
738                 if (Pondering)
739                     StopOnPonderhit = true;
740                 else
741                     break;
742             }
743         }
744     }
745
746     *ponderMove = Rml[0].pv[1];
747     return bestMove;
748   }
749
750
751   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
752   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
753   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
754   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
755   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
756   // here: This is taken care of after we return from the split point.
757
758   template <NodeType PvNode, bool SpNode, bool Root>
759   Value search(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
760
761     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
762     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
763     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
764     assert((Root || ply > 0) && ply < PLY_MAX);
765     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
766
767     Move movesSearched[MOVES_MAX];
768     int64_t nodes;
769     StateInfo st;
770     const TTEntry *tte;
771     Key posKey;
772     Move ttMove, move, excludedMove, threatMove;
773     Depth ext, newDepth;
774     ValueType vt;
775     Value bestValue, value, oldAlpha;
776     Value refinedValue, nullValue, futilityBase, futilityValueScaled; // Non-PV specific
777     bool isPvMove, isCheck, singularExtensionNode, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
778     bool mateThreat = false;
779     int moveCount = 0, playedMoveCount = 0;
780     int threadID = pos.thread();
781     SplitPoint* sp = NULL;
782
783     refinedValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
784     oldAlpha = alpha;
785     isCheck = pos.is_check();
786
787     if (SpNode)
788     {
789         sp = ss->sp;
790         tte = NULL;
791         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
792         threatMove = sp->threatMove;
793         mateThreat = sp->mateThreat;
794         goto split_point_start;
795     }
796     else if (Root)
797         bestValue = alpha;
798
799     // Step 1. Initialize node and poll. Polling can abort search
800     ss->currentMove = ss->bestMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
801     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
802     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = (ss+2)->mateKiller = MOVE_NONE;
803
804     if (threadID == 0 && ++NodesSincePoll > NodesBetweenPolls)
805     {
806         NodesSincePoll = 0;
807         poll(pos);
808     }
809
810     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
811     if ((   StopRequest
812          || ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)
813          || pos.is_draw()
814          || ply >= PLY_MAX - 1) && !Root)
815         return VALUE_DRAW;
816
817     // Step 3. Mate distance pruning
818     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
819     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
820     if (alpha >= beta)
821         return alpha;
822
823     // Step 4. Transposition table lookup
824     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
825     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
826     excludedMove = ss->excludedMove;
827     posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
828
829     tte = TT.retrieve(posKey);
830     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
831
832     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
833     // and return a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is
834     // to have a smooth experience in analysis mode.
835     if (   !Root
836         && tte
837         && (PvNode ? tte->depth() >= depth && tte->type() == VALUE_TYPE_EXACT
838                    : ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply)))
839     {
840         TT.refresh(tte);
841         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
842         return value_from_tt(tte->value(), ply);
843     }
844
845     // Step 5. Evaluate the position statically and
846     // update gain statistics of parent move.
847     if (isCheck)
848         ss->eval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
849     else if (tte)
850     {
851         assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
852
853         ss->eval = tte->static_value();
854         ss->evalMargin = tte->static_value_margin();
855         refinedValue = refine_eval(tte, ss->eval, ply);
856     }
857     else
858     {
859         refinedValue = ss->eval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
860         TT.store(posKey, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, ss->evalMargin);
861     }
862
863     // Save gain for the parent non-capture move
864     update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
865
866     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
867     if (   !PvNode
868         &&  depth < RazorDepth
869         && !isCheck
870         &&  refinedValue < beta - razor_margin(depth)
871         &&  ttMove == MOVE_NONE
872         && !value_is_mate(beta)
873         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
874     {
875         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
876         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO, ply);
877         if (v < rbeta)
878             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
879             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
880             return v;
881     }
882
883     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
884     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
885     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
886     if (   !PvNode
887         && !ss->skipNullMove
888         &&  depth < RazorDepth
889         && !isCheck
890         &&  refinedValue >= beta + futility_margin(depth, 0)
891         && !value_is_mate(beta)
892         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
893         return refinedValue - futility_margin(depth, 0);
894
895     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
896     if (   !PvNode
897         && !ss->skipNullMove
898         &&  depth > ONE_PLY
899         && !isCheck
900         &&  refinedValue >= beta
901         && !value_is_mate(beta)
902         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
903     {
904         ss->currentMove = MOVE_NULL;
905
906         // Null move dynamic reduction based on depth
907         int R = 3 + (depth >= 5 * ONE_PLY ? depth / 8 : 0);
908
909         // Null move dynamic reduction based on value
910         if (refinedValue - beta > PawnValueMidgame)
911             R++;
912
913         pos.do_null_move(st);
914         (ss+1)->skipNullMove = true;
915         nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R*ONE_PLY, ply+1);
916         (ss+1)->skipNullMove = false;
917         pos.undo_null_move();
918
919         if (nullValue >= beta)
920         {
921             // Do not return unproven mate scores
922             if (nullValue >= value_mate_in(PLY_MAX))
923                 nullValue = beta;
924
925             if (depth < 6 * ONE_PLY)
926                 return nullValue;
927
928             // Do verification search at high depths
929             ss->skipNullMove = true;
930             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R*ONE_PLY, ply);
931             ss->skipNullMove = false;
932
933             if (v >= beta)
934                 return nullValue;
935         }
936         else
937         {
938             // The null move failed low, which means that we may be faced with
939             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
940             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
941             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
942             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
943             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
944             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
945                 mateThreat = true;
946
947             threatMove = (ss+1)->bestMove;
948             if (   depth < ThreatDepth
949                 && (ss-1)->reduction
950                 && threatMove != MOVE_NONE
951                 && connected_moves(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
952                 return beta - 1;
953         }
954     }
955
956     // Step 9. Internal iterative deepening
957     if (   depth >= IIDDepth[PvNode]
958         && ttMove == MOVE_NONE
959         && (PvNode || (!isCheck && ss->eval >= beta - IIDMargin)))
960     {
961         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
962
963         ss->skipNullMove = true;
964         search<PvNode>(pos, ss, alpha, beta, d, ply);
965         ss->skipNullMove = false;
966
967         ttMove = ss->bestMove;
968         tte = TT.retrieve(posKey);
969     }
970
971     // Expensive mate threat detection (only for PV nodes)
972     if (PvNode)
973         mateThreat = pos.has_mate_threat();
974
975 split_point_start: // At split points actual search starts from here
976
977     // Initialize a MovePicker object for the current position
978     MovePickerExt<SpNode, Root> mp(pos, ttMove, depth, H, ss, (PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta));
979     CheckInfo ci(pos);
980     ss->bestMove = MOVE_NONE;
981     futilityBase = ss->eval + ss->evalMargin;
982     singularExtensionNode =   !Root
983                            && !SpNode
984                            && depth >= SingularExtensionDepth[PvNode]
985                            && tte
986                            && tte->move()
987                            && !excludedMove // Do not allow recursive singular extension search
988                            && (tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER)
989                            && tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
990     if (SpNode)
991     {
992         lock_grab(&(sp->lock));
993         bestValue = sp->bestValue;
994     }
995
996     // Step 10. Loop through moves
997     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
998     while (   bestValue < beta
999            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1000            && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1001     {
1002       assert(move_is_ok(move));
1003
1004       if (SpNode)
1005       {
1006           moveCount = ++sp->moveCount;
1007           lock_release(&(sp->lock));
1008       }
1009       else if (move == excludedMove)
1010           continue;
1011       else
1012           moveCount++;
1013
1014       if (Root)
1015       {
1016           // This is used by time management
1017           FirstRootMove = (moveCount == 1);
1018
1019           // Save the current node count before the move is searched
1020           nodes = pos.nodes_searched();
1021
1022           // If it's time to send nodes info, do it here where we have the
1023           // correct accumulated node counts searched by each thread.
1024           if (SendSearchedNodes)
1025           {
1026               SendSearchedNodes = false;
1027               cout << "info" << speed_to_uci(pos.nodes_searched()) << endl;
1028           }
1029
1030           if (current_search_time() >= 1000)
1031               cout << "info currmove " << move
1032                    << " currmovenumber " << moveCount << endl;
1033       }
1034
1035       isPvMove = (PvNode && moveCount <= (Root ? MultiPV : 1));
1036       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1037       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1038
1039       // Step 11. Decide the new search depth
1040       ext = extension<PvNode>(pos, move, captureOrPromotion, moveIsCheck, mateThreat, &dangerous);
1041
1042       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of (alpha-s, beta-s),
1043       // and just one fails high on (alpha, beta), then that move is singular and should be extended.
1044       // To verify this we do a reduced search on all the other moves but the ttMove, if result is
1045       // lower than ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1046       if (   singularExtensionNode
1047           && move == tte->move()
1048           && ext < ONE_PLY)
1049       {
1050           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1051
1052           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1053           {
1054               Value b = ttValue - depth;
1055               ss->excludedMove = move;
1056               ss->skipNullMove = true;
1057               Value v = search<NonPV>(pos, ss, b - 1, b, depth / 2, ply);
1058               ss->skipNullMove = false;
1059               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1060               ss->bestMove = MOVE_NONE;
1061               if (v < b)
1062                   ext = ONE_PLY;
1063           }
1064       }
1065
1066       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1067       ss->currentMove = move;
1068       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
1069
1070       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1071       if (   !PvNode
1072           && !captureOrPromotion
1073           && !isCheck
1074           && !dangerous
1075           &&  move != ttMove
1076           && !move_is_castle(move))
1077       {
1078           // Move count based pruning
1079           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1080               && !(threatMove && connected_threat(pos, move, threatMove))
1081               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)) // FIXME bestValue is racy
1082           {
1083               if (SpNode)
1084                   lock_grab(&(sp->lock));
1085
1086               continue;
1087           }
1088
1089           // Value based pruning
1090           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
1091           // but fixing this made program slightly weaker.
1092           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<NonPV>(depth, moveCount);
1093           futilityValueScaled =  futilityBase + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1094                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move));
1095
1096           if (futilityValueScaled < beta)
1097           {
1098               if (SpNode)
1099               {
1100                   lock_grab(&(sp->lock));
1101                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1102                       sp->bestValue = bestValue = futilityValueScaled;
1103               }
1104               else if (futilityValueScaled > bestValue)
1105                   bestValue = futilityValueScaled;
1106
1107               continue;
1108           }
1109
1110           // Prune moves with negative SEE at low depths
1111           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
1112               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)
1113               && pos.see_sign(move) < 0)
1114           {
1115               if (SpNode)
1116                   lock_grab(&(sp->lock));
1117
1118               continue;
1119           }
1120       }
1121
1122       // Step 13. Make the move
1123       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1124
1125       if (!SpNode && !captureOrPromotion)
1126           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
1127
1128       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1129       // The first move in list is the expected PV
1130       if (isPvMove)
1131       {
1132           // Aspiration window is disabled in multi-pv case
1133           if (Root && MultiPV > 1)
1134               alpha = -VALUE_INFINITE;
1135
1136           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, ply+1);
1137       }
1138       else
1139       {
1140           // Step 14. Reduced depth search
1141           // If the move fails high will be re-searched at full depth.
1142           bool doFullDepthSearch = true;
1143
1144           if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1145               && !captureOrPromotion
1146               && !dangerous
1147               && !move_is_castle(move)
1148               &&  ss->killers[0] != move
1149               &&  ss->killers[1] != move)
1150           {
1151               ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
1152               if (ss->reduction)
1153               {
1154                   alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1155                   Depth d = newDepth - ss->reduction;
1156                   value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, ply+1);
1157
1158                   doFullDepthSearch = (value > alpha);
1159               }
1160               ss->reduction = DEPTH_ZERO; // Restore original reduction
1161           }
1162
1163           // Step 15. Full depth search
1164           if (doFullDepthSearch)
1165           {
1166               alpha = SpNode ? sp->alpha : alpha;
1167               value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, ply+1);
1168
1169               // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1170               // Search only for possible new PV nodes, if instead value >= beta then
1171               // parent node fails low with value <= alpha and tries another move.
1172               if (PvNode && value > alpha && (Root || value < beta))
1173                   value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, ply+1);
1174           }
1175       }
1176
1177       // Step 16. Undo move
1178       pos.undo_move(move);
1179
1180       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1181
1182       // Step 17. Check for new best move
1183       if (SpNode)
1184       {
1185           lock_grab(&(sp->lock));
1186           bestValue = sp->bestValue;
1187           alpha = sp->alpha;
1188       }
1189
1190       if (value > bestValue && !(SpNode && ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID)))
1191       {
1192           bestValue = value;
1193
1194           if (SpNode)
1195               sp->bestValue = value;
1196
1197           if (!Root && value > alpha)
1198           {
1199               if (PvNode && value < beta) // We want always alpha < beta
1200               {
1201                   alpha = value;
1202
1203                   if (SpNode)
1204                       sp->alpha = value;
1205               }
1206               else if (SpNode)
1207                   sp->betaCutoff = true;
1208
1209               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1210                   ss->mateKiller = move;
1211
1212               ss->bestMove = move;
1213
1214               if (SpNode)
1215                   sp->ss->bestMove = move;
1216           }
1217       }
1218
1219       if (Root)
1220       {
1221           // Finished searching the move. If StopRequest is true, the search
1222           // was aborted because the user interrupted the search or because we
1223           // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
1224           // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
1225           // move and/or PV.
1226           if (StopRequest)
1227               break;
1228
1229           // Remember searched nodes counts for this move
1230           mp.rm->nodes += pos.nodes_searched() - nodes;
1231
1232           // PV move or new best move ?
1233           if (isPvMove || value > alpha)
1234           {
1235               // Update PV
1236               ss->bestMove = move;
1237               mp.rm->pv_score = value;
1238               mp.rm->extract_pv_from_tt(pos);
1239
1240               // We record how often the best move has been changed in each
1241               // iteration. This information is used for time management: When
1242               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1243               if (!isPvMove && MultiPV == 1)
1244                   Rml.bestMoveChanges++;
1245
1246               Rml.sort_multipv(moveCount);
1247
1248               // Update alpha. In multi-pv we don't use aspiration window, so
1249               // set alpha equal to minimum score among the PV lines.
1250               if (MultiPV > 1)
1251                   alpha = Rml[Min(moveCount, MultiPV) - 1].pv_score; // FIXME why moveCount?
1252               else if (value > alpha)
1253                   alpha = value;
1254           }
1255           else
1256               mp.rm->pv_score = -VALUE_INFINITE;
1257
1258       } // Root
1259
1260       // Step 18. Check for split
1261       if (   !Root
1262           && !SpNode
1263           && depth >= ThreadsMgr.min_split_depth()
1264           && ThreadsMgr.active_threads() > 1
1265           && bestValue < beta
1266           && ThreadsMgr.available_thread_exists(threadID)
1267           && !StopRequest
1268           && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1269           ThreadsMgr.split<FakeSplit>(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue, depth,
1270                                       threatMove, mateThreat, moveCount, &mp, PvNode);
1271     }
1272
1273     // Step 19. Check for mate and stalemate
1274     // All legal moves have been searched and if there are
1275     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1276     // If one move was excluded return fail low score.
1277     if (!SpNode && !moveCount)
1278         return excludedMove ? oldAlpha : isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW;
1279
1280     // Step 20. Update tables
1281     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1282     // history counters, and killer moves.
1283     if (!SpNode && !StopRequest && !ThreadsMgr.cutoff_at_splitpoint(threadID))
1284     {
1285         move = bestValue <= oldAlpha ? MOVE_NONE : ss->bestMove;
1286         vt   = bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER
1287              : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT;
1288
1289         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), vt, depth, move, ss->eval, ss->evalMargin);
1290
1291         // Update killers and history only for non capture moves that fails high
1292         if (    bestValue >= beta
1293             && !pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1294         {
1295             update_history(pos, move, depth, movesSearched, playedMoveCount);
1296             update_killers(move, ss->killers);
1297         }
1298     }
1299
1300     if (SpNode)
1301     {
1302         // Here we have the lock still grabbed
1303         sp->slaves[threadID] = 0;
1304         sp->nodes += pos.nodes_searched();
1305         lock_release(&(sp->lock));
1306     }
1307
1308     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1309
1310     return bestValue;
1311   }
1312
1313   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1314   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1315   // less than ONE_PLY).
1316
1317   template <NodeType PvNode>
1318   Value qsearch(Position& pos, SearchStack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply) {
1319
1320     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1321     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1322     assert(PvNode || alpha == beta - 1);
1323     assert(depth <= 0);
1324     assert(ply > 0 && ply < PLY_MAX);
1325     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < ThreadsMgr.active_threads());
1326
1327     StateInfo st;
1328     Move ttMove, move;
1329     Value bestValue, value, evalMargin, futilityValue, futilityBase;
1330     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1331     const TTEntry* tte;
1332     Depth ttDepth;
1333     Value oldAlpha = alpha;
1334
1335     ss->bestMove = ss->currentMove = MOVE_NONE;
1336
1337     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1338     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1339         return VALUE_DRAW;
1340
1341     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1342     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1343     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1344     isCheck = pos.is_check();
1345     ttDepth = (isCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS);
1346
1347     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1348     // pruning, but only for move ordering.
1349     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1350     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1351
1352     if (!PvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, ttDepth, beta, ply))
1353     {
1354         ss->bestMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1355         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1356     }
1357
1358     // Evaluate the position statically
1359     if (isCheck)
1360     {
1361         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1362         ss->eval = evalMargin = VALUE_NONE;
1363         enoughMaterial = false;
1364     }
1365     else
1366     {
1367         if (tte)
1368         {
1369             assert(tte->static_value() != VALUE_NONE);
1370
1371             evalMargin = tte->static_value_margin();
1372             ss->eval = bestValue = tte->static_value();
1373         }
1374         else
1375             ss->eval = bestValue = evaluate(pos, evalMargin);
1376
1377         update_gains(pos, (ss-1)->currentMove, (ss-1)->eval, ss->eval);
1378
1379         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1380         if (bestValue >= beta)
1381         {
1382             if (!tte)
1383                 TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->eval, evalMargin);
1384
1385             return bestValue;
1386         }
1387
1388         if (PvNode && bestValue > alpha)
1389             alpha = bestValue;
1390
1391         // Futility pruning parameters, not needed when in check
1392         futilityBase = ss->eval + evalMargin + FutilityMarginQS;
1393         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1394     }
1395
1396     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1397     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1398     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1399     // be generated.
1400     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, H);
1401     CheckInfo ci(pos);
1402
1403     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1404     while (   alpha < beta
1405            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1406     {
1407       assert(move_is_ok(move));
1408
1409       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1410
1411       // Futility pruning
1412       if (   !PvNode
1413           && !isCheck
1414           && !moveIsCheck
1415           &&  move != ttMove
1416           &&  enoughMaterial
1417           && !move_is_promotion(move)
1418           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1419       {
1420           futilityValue =  futilityBase
1421                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1422                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : VALUE_ZERO);
1423
1424           if (futilityValue < alpha)
1425           {
1426               if (futilityValue > bestValue)
1427                   bestValue = futilityValue;
1428               continue;
1429           }
1430
1431           // Prune moves with negative or equal SEE
1432           if (   futilityBase < beta
1433               && depth < DEPTH_ZERO
1434               && pos.see(move) <= 0)
1435               continue;
1436       }
1437
1438       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1439       evasionPrunable =   isCheck
1440                        && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX)
1441                        && !pos.move_is_capture(move)
1442                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1443
1444       // Don't search moves with negative SEE values
1445       if (   !PvNode
1446           && (!isCheck || evasionPrunable)
1447           &&  move != ttMove
1448           && !move_is_promotion(move)
1449           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1450           continue;
1451
1452       // Don't search useless checks
1453       if (   !PvNode
1454           && !isCheck
1455           &&  moveIsCheck
1456           &&  move != ttMove
1457           && !pos.move_is_capture_or_promotion(move)
1458           &&  ss->eval + PawnValueMidgame / 4 < beta
1459           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta, &bestValue))
1460       {
1461           if (ss->eval + PawnValueMidgame / 4 > bestValue)
1462               bestValue = ss->eval + PawnValueMidgame / 4;
1463
1464           continue;
1465       }
1466
1467       // Update current move
1468       ss->currentMove = move;
1469
1470       // Make and search the move
1471       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1472       value = -qsearch<PvNode>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-ONE_PLY, ply+1);
1473       pos.undo_move(move);
1474
1475       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1476
1477       // New best move?
1478       if (value > bestValue)
1479       {
1480           bestValue = value;
1481           if (value > alpha)
1482           {
1483               alpha = value;
1484               ss->bestMove = move;
1485           }
1486        }
1487     }
1488
1489     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1490     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1491     if (isCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1492         return value_mated_in(ply);
1493
1494     // Update transposition table
1495     ValueType vt = (bestValue <= oldAlpha ? VALUE_TYPE_UPPER : bestValue >= beta ? VALUE_TYPE_LOWER : VALUE_TYPE_EXACT);
1496     TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), vt, ttDepth, ss->bestMove, ss->eval, evalMargin);
1497
1498     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1499
1500     return bestValue;
1501   }
1502
1503
1504   // qsearch_scoring() scores each move of a list using a qsearch() evaluation,
1505   // it is used in RootMoveList to get an initial scoring.
1506   void qsearch_scoring(Position& pos, MoveStack* mlist, MoveStack* last) {
1507
1508     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
1509     StateInfo st;
1510
1511     memset(ss, 0, 4 * sizeof(SearchStack));
1512     ss[0].eval = ss[0].evalMargin = VALUE_NONE;
1513
1514     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
1515     {
1516         ss[0].currentMove = cur->move;
1517         pos.do_move(cur->move, st);
1518         cur->score = -qsearch<PV>(pos, ss+1, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, DEPTH_ZERO, 1);
1519         pos.undo_move(cur->move);
1520     }
1521   }
1522
1523
1524   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch().
1525   // bestValue is updated only when returning false because in that case move
1526   // will be pruned.
1527
1528   bool check_is_dangerous(Position &pos, Move move, Value futilityBase, Value beta, Value *bestValue)
1529   {
1530     Bitboard b, occ, oldAtt, newAtt, kingAtt;
1531     Square from, to, ksq, victimSq;
1532     Piece pc;
1533     Color them;
1534     Value futilityValue, bv = *bestValue;
1535
1536     from = move_from(move);
1537     to = move_to(move);
1538     them = opposite_color(pos.side_to_move());
1539     ksq = pos.king_square(them);
1540     kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1541     pc = pos.piece_on(from);
1542
1543     occ = pos.occupied_squares() & ~(1ULL << from) & ~(1ULL << ksq);
1544     oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1545     newAtt = pos.attacks_from(pc,   to, occ);
1546
1547     // Rule 1. Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1548     b = kingAtt & ~pos.pieces_of_color(them) & ~newAtt & ~(1ULL << to);
1549
1550     if (!(b && (b & (b - 1))))
1551         return true;
1552
1553     // Rule 2. Queen contact check is very dangerous
1554     if (   type_of_piece(pc) == QUEEN
1555         && bit_is_set(kingAtt, to))
1556         return true;
1557
1558     // Rule 3. Creating new double threats with checks
1559     b = pos.pieces_of_color(them) & newAtt & ~oldAtt & ~(1ULL << ksq);
1560
1561     while (b)
1562     {
1563         victimSq = pop_1st_bit(&b);
1564         futilityValue = futilityBase + pos.endgame_value_of_piece_on(victimSq);
1565
1566         // Note that here we generate illegal "double move"!
1567         if (   futilityValue >= beta
1568             && pos.see_sign(make_move(from, victimSq)) >= 0)
1569             return true;
1570
1571         if (futilityValue > bv)
1572             bv = futilityValue;
1573     }
1574
1575     // Update bestValue only if check is not dangerous (because we will prune the move)
1576     *bestValue = bv;
1577     return false;
1578   }
1579
1580
1581   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
1582   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
1583   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
1584   // to be the move that was made to reach the current position, while the
1585   // second move is assumed to be a move from the current position.
1586
1587   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
1588
1589     Square f1, t1, f2, t2;
1590     Piece p;
1591
1592     assert(m1 && move_is_ok(m1));
1593     assert(m2 && move_is_ok(m2));
1594
1595     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
1596     f2 = move_from(m2);
1597     t1 = move_to(m1);
1598     if (f2 == t1)
1599         return true;
1600
1601     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
1602     t2 = move_to(m2);
1603     f1 = move_from(m1);
1604     if (t2 == f1)
1605         return true;
1606
1607     // Case 3: Moving through the vacated square
1608     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
1609         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
1610       return true;
1611
1612     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
1613     p = pos.piece_on(t1);
1614     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
1615         return true;
1616
1617     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
1618     if (    piece_is_slider(p)
1619         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
1620         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
1621     {
1622         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
1623         // move is the opposite of the checking piece.
1624         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
1625         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
1626
1627         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
1628             return true;
1629     }
1630     return false;
1631   }
1632
1633
1634   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one eventually
1635   // compensated for the ply.
1636
1637   bool value_is_mate(Value value) {
1638
1639     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
1640
1641     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
1642           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
1643   }
1644
1645
1646   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1647   // "plies to mate from the current ply".  Non-mate scores are unchanged.
1648   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1649
1650   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1651
1652     if (v >= value_mate_in(PLY_MAX))
1653       return v + ply;
1654
1655     if (v <= value_mated_in(PLY_MAX))
1656       return v - ply;
1657
1658     return v;
1659   }
1660
1661
1662   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score from
1663   // the transposition table to a mate score corrected for the current ply.
1664
1665   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1666
1667     if (v >= value_mate_in(PLY_MAX))
1668       return v - ply;
1669
1670     if (v <= value_mated_in(PLY_MAX))
1671       return v + ply;
1672
1673     return v;
1674   }
1675
1676
1677   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
1678   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
1679   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
1680   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
1681   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
1682   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
1683   template <NodeType PvNode>
1684   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool captureOrPromotion,
1685                   bool moveIsCheck, bool mateThreat, bool* dangerous) {
1686
1687     assert(m != MOVE_NONE);
1688
1689     Depth result = DEPTH_ZERO;
1690     *dangerous = moveIsCheck | mateThreat;
1691
1692     if (*dangerous)
1693     {
1694         if (moveIsCheck && pos.see_sign(m) >= 0)
1695             result += CheckExtension[PvNode];
1696
1697         if (mateThreat)
1698             result += MateThreatExtension[PvNode];
1699     }
1700
1701     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
1702     {
1703         Color c = pos.side_to_move();
1704         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
1705         {
1706             result += PawnPushTo7thExtension[PvNode];
1707             *dangerous = true;
1708         }
1709         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
1710         {
1711             result += PassedPawnExtension[PvNode];
1712             *dangerous = true;
1713         }
1714     }
1715
1716     if (   captureOrPromotion
1717         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1718         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
1719             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == VALUE_ZERO)
1720         && !move_is_promotion(m)
1721         && !move_is_ep(m))
1722     {
1723         result += PawnEndgameExtension[PvNode];
1724         *dangerous = true;
1725     }
1726
1727     if (   PvNode
1728         && captureOrPromotion
1729         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
1730         && pos.see_sign(m) >= 0)
1731     {
1732         result += ONE_PLY / 2;
1733         *dangerous = true;
1734     }
1735
1736     return Min(result, ONE_PLY);
1737   }
1738
1739
1740   // connected_threat() tests whether it is safe to forward prune a move or if
1741   // is somehow connected to the threat move returned by null search.
1742
1743   bool connected_threat(const Position& pos, Move m, Move threat) {
1744
1745     assert(move_is_ok(m));
1746     assert(threat && move_is_ok(threat));
1747     assert(!pos.move_is_check(m));
1748     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
1749     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
1750
1751     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
1752
1753     mfrom = move_from(m);
1754     mto = move_to(m);
1755     tfrom = move_from(threat);
1756     tto = move_to(threat);
1757
1758     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
1759     if (mfrom == tto)
1760         return true;
1761
1762     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
1763     // value of the threatening piece, don't prune moves which defend it.
1764     if (   pos.move_is_capture(threat)
1765         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
1766             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
1767         && pos.move_attacks_square(m, tto))
1768         return true;
1769
1770     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
1771     // prune safe moves which block its ray.
1772     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
1773         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
1774         && pos.see_sign(m) >= 0)
1775         return true;
1776
1777     return false;
1778   }
1779
1780
1781   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
1782   // can be used at a given point in search.
1783
1784   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
1785
1786     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1787
1788     return   (   tte->depth() >= depth
1789               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
1790               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
1791
1792           && (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= beta)
1793               || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < beta));
1794   }
1795
1796
1797   // refine_eval() returns the transposition table score if
1798   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
1799
1800   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
1801
1802       assert(tte);
1803
1804       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
1805
1806       if (   ((tte->type() & VALUE_TYPE_LOWER) && v >= defaultEval)
1807           || ((tte->type() & VALUE_TYPE_UPPER) && v < defaultEval))
1808           return v;
1809
1810       return defaultEval;
1811   }
1812
1813
1814   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
1815   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
1816
1817   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
1818                       Move movesSearched[], int moveCount) {
1819     Move m;
1820     Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1821
1822     H.update(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), bonus);
1823
1824     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
1825     {
1826         m = movesSearched[i];
1827
1828         assert(m != move);
1829
1830         H.update(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), -bonus);
1831     }
1832   }
1833
1834
1835   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
1836   // among the killer moves of that ply.
1837
1838   void update_killers(Move m, Move killers[]) {
1839
1840     if (m != killers[0])
1841     {
1842         killers[1] = killers[0];
1843         killers[0] = m;
1844     }
1845   }
1846
1847
1848   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
1849   // the static position evaluation before and after the move.
1850
1851   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
1852
1853     if (   m != MOVE_NULL
1854         && before != VALUE_NONE
1855         && after != VALUE_NONE
1856         && pos.captured_piece_type() == PIECE_TYPE_NONE
1857         && !move_is_special(m))
1858         H.update_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
1859   }
1860
1861   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
1862   // since the beginning of the current search.
1863
1864   int current_search_time() {
1865
1866     return get_system_time() - SearchStartTime;
1867   }
1868
1869
1870   // value_to_uci() converts a value to a string suitable for use with the UCI
1871   // protocol specifications:
1872   //
1873   // cp <x>     The score from the engine's point of view in centipawns.
1874   // mate <y>   Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
1875   //            use negative values for y.
1876
1877   std::string value_to_uci(Value v) {
1878
1879     std::stringstream s;
1880
1881     if (abs(v) < VALUE_MATE - PLY_MAX * ONE_PLY)
1882       s << "cp " << int(v) * 100 / int(PawnValueMidgame); // Scale to centipawns
1883     else
1884       s << "mate " << (v > 0 ? (VALUE_MATE - v + 1) / 2 : -(VALUE_MATE + v) / 2);
1885
1886     return s.str();
1887   }
1888
1889
1890   // speed_to_uci() returns a string with time stats of current search suitable
1891   // to be sent to UCI gui.
1892
1893   std::string speed_to_uci(int64_t nodes) {
1894
1895     std::stringstream s;
1896     int t = current_search_time();
1897
1898     s << " nodes " << nodes
1899       << " nps "   << (t > 0 ? int(nodes * 1000 / t) : 0)
1900       << " time "  << t;
1901
1902     return s.str();
1903   }
1904
1905
1906   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
1907   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
1908   // search.
1909
1910   void poll(const Position& pos) {
1911
1912     static int lastInfoTime;
1913     int t = current_search_time();
1914
1915     //  Poll for input
1916     if (input_available())
1917     {
1918         // We are line oriented, don't read single chars
1919         std::string command;
1920
1921         if (!std::getline(std::cin, command))
1922             command = "quit";
1923
1924         if (command == "quit")
1925         {
1926             // Quit the program as soon as possible
1927             Pondering = false;
1928             QuitRequest = StopRequest = true;
1929             return;
1930         }
1931         else if (command == "stop")
1932         {
1933             // Stop calculating as soon as possible, but still send the "bestmove"
1934             // and possibly the "ponder" token when finishing the search.
1935             Pondering = false;
1936             StopRequest = true;
1937         }
1938         else if (command == "ponderhit")
1939         {
1940             // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
1941             // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
1942             // should continue searching but switching from pondering to normal search.
1943             Pondering = false;
1944
1945             if (StopOnPonderhit)
1946                 StopRequest = true;
1947         }
1948     }
1949
1950     // Print search information
1951     if (t < 1000)
1952         lastInfoTime = 0;
1953
1954     else if (lastInfoTime > t)
1955         // HACK: Must be a new search where we searched less than
1956         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
1957         lastInfoTime = 0;
1958
1959     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
1960     {
1961         lastInfoTime = t;
1962
1963         if (dbg_show_mean)
1964             dbg_print_mean();
1965
1966         if (dbg_show_hit_rate)
1967             dbg_print_hit_rate();
1968
1969         // Send info on searched nodes as soon as we return to root
1970         SendSearchedNodes = true;
1971     }
1972
1973     // Should we stop the search?
1974     if (Pondering)
1975         return;
1976
1977     bool stillAtFirstMove =    FirstRootMove
1978                            && !AspirationFailLow
1979                            &&  t > TimeMgr.available_time();
1980
1981     bool noMoreTime =   t > TimeMgr.maximum_time()
1982                      || stillAtFirstMove;
1983
1984     if (   (UseTimeManagement && noMoreTime)
1985         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
1986         || (MaxNodes && pos.nodes_searched() >= MaxNodes)) // FIXME
1987         StopRequest = true;
1988   }
1989
1990
1991   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
1992   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
1993   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
1994   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
1995   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
1996   // after which the bestmove and pondermove will be printed.
1997
1998   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
1999
2000     std::string command;
2001
2002     while (true)
2003     {
2004         // Wait for a command from stdin
2005         if (!std::getline(std::cin, command))
2006             command = "quit";
2007
2008         if (command == "quit")
2009         {
2010             QuitRequest = true;
2011             break;
2012         }
2013         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2014             break;
2015     }
2016   }
2017
2018
2019   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2020   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2021   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2022   // threads and one for Windows threads.
2023
2024 #if !defined(_MSC_VER)
2025
2026   void* init_thread(void* threadID) {
2027
2028     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2029     return NULL;
2030   }
2031
2032 #else
2033
2034   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2035
2036     ThreadsMgr.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2037     return 0;
2038   }
2039
2040 #endif
2041
2042
2043   /// The ThreadsManager class
2044
2045
2046   // read_uci_options() updates number of active threads and other internal
2047   // parameters according to the UCI options values. It is called before
2048   // to start a new search.
2049
2050   void ThreadsManager::read_uci_options() {
2051
2052     maxThreadsPerSplitPoint = Options["Maximum Number of Threads per Split Point"].value<int>();
2053     minimumSplitDepth       = Options["Minimum Split Depth"].value<int>() * ONE_PLY;
2054     useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"].value<bool>();
2055     activeThreads           = Options["Threads"].value<int>();
2056   }
2057
2058
2059   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2060   // The parameter 'sp', if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2061   // object for which the current thread is the master.
2062
2063   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* sp) {
2064
2065     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2066
2067     int i;
2068     bool allFinished = false;
2069
2070     while (true)
2071     {
2072         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2073         // master should exit as last one.
2074         if (allThreadsShouldExit)
2075         {
2076             assert(!sp);
2077             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2078             return;
2079         }
2080
2081         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2082         // instead of wasting CPU time polling for work.
2083         while (   threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING
2084                || (useSleepingThreads && threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE))
2085         {
2086             assert(!sp || useSleepingThreads);
2087             assert(threadID != 0 || useSleepingThreads);
2088
2089             if (threads[threadID].state == THREAD_INITIALIZING)
2090                 threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2091
2092             // Grab the lock to avoid races with wake_sleeping_thread()
2093             lock_grab(&sleepLock[threadID]);
2094
2095             // If we are master and all slaves have finished do not go to sleep
2096             for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2097             allFinished = (i == activeThreads);
2098
2099             if (allFinished || allThreadsShouldExit)
2100             {
2101                 lock_release(&sleepLock[threadID]);
2102                 break;
2103             }
2104
2105             // Do sleep here after retesting sleep conditions
2106             if (threadID >= activeThreads || threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE)
2107                 cond_wait(&sleepCond[threadID], &sleepLock[threadID]);
2108
2109             lock_release(&sleepLock[threadID]);
2110         }
2111
2112         // If this thread has been assigned work, launch a search
2113         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2114         {
2115             assert(!allThreadsShouldExit);
2116
2117             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2118
2119             // Copy SplitPoint position and search stack and call search()
2120             // with SplitPoint template parameter set to true.
2121             SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
2122             SplitPoint* tsp = threads[threadID].splitPoint;
2123             Position pos(*tsp->pos, threadID);
2124
2125             memcpy(ss, tsp->ss - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2126             (ss+1)->sp = tsp;
2127
2128             if (tsp->pvNode)
2129                 search<PV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth, tsp->ply);
2130             else
2131                 search<NonPV, true, false>(pos, ss+1, tsp->alpha, tsp->beta, tsp->depth, tsp->ply);
2132
2133             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2134
2135             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2136
2137             // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop in
2138             // case we are the last slave of the split point.
2139             if (useSleepingThreads && threadID != tsp->master && threads[tsp->master].state == THREAD_AVAILABLE)
2140                 wake_sleeping_thread(tsp->master);
2141         }
2142
2143         // If this thread is the master of a split point and all slaves have
2144         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2145         for (i = 0; sp && i < activeThreads && !sp->slaves[i]; i++) {}
2146         allFinished = (i == activeThreads);
2147
2148         if (allFinished)
2149         {
2150             // Because sp->slaves[] is reset under lock protection,
2151             // be sure sp->lock has been released before to return.
2152             lock_grab(&(sp->lock));
2153             lock_release(&(sp->lock));
2154
2155             // In helpful master concept a master can help only a sub-tree, and
2156             // because here is all finished is not possible master is booked.
2157             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2158
2159             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2160             return;
2161         }
2162     }
2163   }
2164
2165
2166   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2167   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2168   // objects.
2169
2170   void ThreadsManager::init_threads() {
2171
2172     int i, arg[MAX_THREADS];
2173     bool ok;
2174
2175     // Initialize global locks
2176     lock_init(&mpLock);
2177
2178     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2179     {
2180         lock_init(&sleepLock[i]);
2181         cond_init(&sleepCond[i]);
2182     }
2183
2184     // Initialize splitPoints[] locks
2185     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2186         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2187             lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2188
2189     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2190     allThreadsShouldExit = false;
2191
2192     // Threads will be put all threads to sleep as soon as created
2193     activeThreads = 1;
2194
2195     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_INITIALIZING
2196     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2197     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2198         threads[i].state = THREAD_INITIALIZING;
2199
2200     // Launch the helper threads
2201     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2202     {
2203         arg[i] = i;
2204
2205 #if !defined(_MSC_VER)
2206         pthread_t pthread[1];
2207         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&arg[i])) == 0);
2208         pthread_detach(pthread[0]);
2209 #else
2210         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&arg[i]), 0, NULL) != NULL);
2211 #endif
2212         if (!ok)
2213         {
2214             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2215             exit(EXIT_FAILURE);
2216         }
2217
2218         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2219         while (threads[i].state == THREAD_INITIALIZING) {}
2220     }
2221   }
2222
2223
2224   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2225   // helper threads exit cleanly.
2226
2227   void ThreadsManager::exit_threads() {
2228
2229     allThreadsShouldExit = true; // Let the woken up threads to exit idle_loop()
2230
2231     // Wake up all the threads and waits for termination
2232     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2233     {
2234         wake_sleeping_thread(i);
2235         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED) {}
2236     }
2237
2238     // Now we can safely destroy the locks
2239     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2240         for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
2241             lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
2242
2243     lock_destroy(&mpLock);
2244
2245     // Now we can safely destroy the wait conditions
2246     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2247     {
2248         lock_destroy(&sleepLock[i]);
2249         cond_destroy(&sleepCond[i]);
2250     }
2251   }
2252
2253
2254   // cutoff_at_splitpoint() checks whether a beta cutoff has occurred in
2255   // the thread's currently active split point, or in some ancestor of
2256   // the current split point.
2257
2258   bool ThreadsManager::cutoff_at_splitpoint(int threadID) const {
2259
2260     assert(threadID >= 0 && threadID < activeThreads);
2261
2262     SplitPoint* sp = threads[threadID].splitPoint;
2263
2264     for ( ; sp && !sp->betaCutoff; sp = sp->parent) {}
2265     return sp != NULL;
2266   }
2267
2268
2269   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2270   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2271   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2272   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2273   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2274   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2275   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2276
2277   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2278
2279     assert(slave >= 0 && slave < activeThreads);
2280     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2281     assert(activeThreads > 1);
2282
2283     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2284         return false;
2285
2286     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2287     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2288
2289     // No active split points means that the thread is available as
2290     // a slave for any other thread.
2291     if (localActiveSplitPoints == 0 || activeThreads == 2)
2292         return true;
2293
2294     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2295     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2296     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2297     if (threads[slave].splitPoints[localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2298         return true;
2299
2300     return false;
2301   }
2302
2303
2304   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2305   // a slave for the thread with threadID "master".
2306
2307   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2308
2309     assert(master >= 0 && master < activeThreads);
2310     assert(activeThreads > 1);
2311
2312     for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
2313         if (thread_is_available(i, master))
2314             return true;
2315
2316     return false;
2317   }
2318
2319
2320   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2321   // several available threads. If it does not succeed in splitting the
2322   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2323   // split point objects), the function immediately returns. If splitting is
2324   // possible, a SplitPoint object is initialized with all the data that must be
2325   // copied to the helper threads and we tell our helper threads that they have
2326   // been assigned work. This will cause them to instantly leave their idle loops and
2327   // call search().When all threads have returned from search() then split() returns.
2328
2329   template <bool Fake>
2330   void ThreadsManager::split(Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha,
2331                              const Value beta, Value* bestValue, Depth depth, Move threatMove,
2332                              bool mateThreat, int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode) {
2333     assert(pos.is_ok());
2334     assert(ply > 0 && ply < PLY_MAX);
2335     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2336     assert(*bestValue <= *alpha);
2337     assert(*alpha < beta);
2338     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2339     assert(depth > DEPTH_ZERO);
2340     assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
2341     assert(activeThreads > 1);
2342
2343     int i, master = pos.thread();
2344     Thread& masterThread = threads[master];
2345
2346     lock_grab(&mpLock);
2347
2348     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2349     // active split points, don't split.
2350     if (   !available_thread_exists(master)
2351         || masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
2352     {
2353         lock_release(&mpLock);
2354         return;
2355     }
2356
2357     // Pick the next available split point object from the split point stack
2358     SplitPoint& splitPoint = masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints++];
2359
2360     // Initialize the split point object
2361     splitPoint.parent = masterThread.splitPoint;
2362     splitPoint.master = master;
2363     splitPoint.betaCutoff = false;
2364     splitPoint.ply = ply;
2365     splitPoint.depth = depth;
2366     splitPoint.threatMove = threatMove;
2367     splitPoint.mateThreat = mateThreat;
2368     splitPoint.alpha = *alpha;
2369     splitPoint.beta = beta;
2370     splitPoint.pvNode = pvNode;
2371     splitPoint.bestValue = *bestValue;
2372     splitPoint.mp = mp;
2373     splitPoint.moveCount = moveCount;
2374     splitPoint.pos = &pos;
2375     splitPoint.nodes = 0;
2376     splitPoint.ss = ss;
2377     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2378         splitPoint.slaves[i] = 0;
2379
2380     masterThread.splitPoint = &splitPoint;
2381
2382     // If we are here it means we are not available
2383     assert(masterThread.state != THREAD_AVAILABLE);
2384
2385     int workersCnt = 1; // At least the master is included
2386
2387     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2388     for (i = 0; !Fake && i < activeThreads && workersCnt < maxThreadsPerSplitPoint; i++)
2389         if (thread_is_available(i, master))
2390         {
2391             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2392             threads[i].splitPoint = &splitPoint;
2393             splitPoint.slaves[i] = 1;
2394             workersCnt++;
2395         }
2396
2397     assert(Fake || workersCnt > 1);
2398
2399     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2400     lock_release(&mpLock);
2401
2402     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2403     // their idle loop.
2404     for (i = 0; i < activeThreads; i++)
2405         if (i == master || splitPoint.slaves[i])
2406         {
2407             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2408
2409             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2410
2411             if (useSleepingThreads && i != master)
2412                 wake_sleeping_thread(i);
2413         }
2414
2415     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2416     // which it will instantly launch a search, because its state is
2417     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2418     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2419     // loop when all threads have finished their work at this split point.
2420     idle_loop(master, &splitPoint);
2421
2422     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2423     // finished. Update alpha and bestValue, and return.
2424     lock_grab(&mpLock);
2425
2426     *alpha = splitPoint.alpha;
2427     *bestValue = splitPoint.bestValue;
2428     masterThread.activeSplitPoints--;
2429     masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
2430     pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
2431
2432     lock_release(&mpLock);
2433   }
2434
2435
2436   // wake_sleeping_thread() wakes up the thread with the given threadID
2437   // when it is time to start a new search.
2438
2439   void ThreadsManager::wake_sleeping_thread(int threadID) {
2440
2441      lock_grab(&sleepLock[threadID]);
2442      cond_signal(&sleepCond[threadID]);
2443      lock_release(&sleepLock[threadID]);
2444   }
2445
2446
2447   /// RootMove and RootMoveList method's definitions
2448
2449   RootMove::RootMove() {
2450
2451     nodes = 0;
2452     pv_score = non_pv_score = -VALUE_INFINITE;
2453     pv[0] = MOVE_NONE;
2454   }
2455
2456   RootMove& RootMove::operator=(const RootMove& rm) {
2457
2458     const Move* src = rm.pv;
2459     Move* dst = pv;
2460
2461     // Avoid a costly full rm.pv[] copy
2462     do *dst++ = *src; while (*src++ != MOVE_NONE);
2463
2464     nodes = rm.nodes;
2465     pv_score = rm.pv_score;
2466     non_pv_score = rm.non_pv_score;
2467     return *this;
2468   }
2469
2470   // extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the transposition table.
2471   // We consider also failing high nodes and not only VALUE_TYPE_EXACT nodes. This
2472   // allow to always have a ponder move even when we fail high at root and also a
2473   // long PV to print that is important for position analysis.
2474
2475   void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
2476
2477     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2478     TTEntry* tte;
2479     int ply = 1;
2480
2481     assert(pv[0] != MOVE_NONE && move_is_legal(pos, pv[0]));
2482
2483     pos.do_move(pv[0], *st++);
2484
2485     while (   (tte = TT.retrieve(pos.get_key())) != NULL
2486            && tte->move() != MOVE_NONE
2487            && move_is_legal(pos, tte->move())
2488            && ply < PLY_MAX
2489            && (!pos.is_draw() || ply < 2))
2490     {
2491         pv[ply] = tte->move();
2492         pos.do_move(pv[ply++], *st++);
2493     }
2494     pv[ply] = MOVE_NONE;
2495
2496     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2497   }
2498
2499   // insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and inserts
2500   // the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
2501   // first, even if the old TT entries have been overwritten.
2502
2503   void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
2504
2505     StateInfo state[PLY_MAX_PLUS_2], *st = state;
2506     TTEntry* tte;
2507     Key k;
2508     Value v, m = VALUE_NONE;
2509     int ply = 0;
2510
2511     assert(pv[0] != MOVE_NONE && move_is_legal(pos, pv[0]));
2512
2513     do {
2514         k = pos.get_key();
2515         tte = TT.retrieve(k);
2516
2517         // Don't overwrite existing correct entries
2518         if (!tte || tte->move() != pv[ply])
2519         {
2520             v = (pos.is_check() ? VALUE_NONE : evaluate(pos, m));
2521             TT.store(k, VALUE_NONE, VALUE_TYPE_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], v, m);
2522         }
2523         pos.do_move(pv[ply], *st++);
2524
2525     } while (pv[++ply] != MOVE_NONE);
2526
2527     do pos.undo_move(pv[--ply]); while (ply);
2528   }
2529
2530   // pv_info_to_uci() returns a string with information on the current PV line
2531   // formatted according to UCI specification. It is called at each iteration
2532   // or after a new pv is found.
2533
2534   std::string RootMove::pv_info_to_uci(Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta, int pvLine) {
2535
2536     std::stringstream s, l;
2537     Move* m = pv;
2538
2539     while (*m != MOVE_NONE)
2540         l << *m++ << " ";
2541
2542     s << "info depth " << depth
2543       << " seldepth " << int(m - pv)
2544       << " multipv " << pvLine + 1
2545       << " score " << value_to_uci(pv_score)
2546       << (pv_score >= beta ? " lowerbound" : pv_score <= alpha ? " upperbound" : "")
2547       << speed_to_uci(pos.nodes_searched())
2548       << " pv "    << l.str();
2549
2550     return s.str();
2551   }
2552
2553
2554   void RootMoveList::init(Position& pos, Move searchMoves[]) {
2555
2556     MoveStack mlist[MOVES_MAX];
2557     Move* sm;
2558
2559     clear();
2560     bestMoveChanges = 0;
2561
2562     // Generate all legal moves and score them
2563     MoveStack* last = generate<MV_LEGAL>(pos, mlist);
2564     qsearch_scoring(pos, mlist, last);
2565
2566     // Add each move to the RootMoveList's vector
2567     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
2568     {
2569         // If we have a searchMoves[] list then verify cur->move
2570         // is in the list before to add it.
2571         for (sm = searchMoves; *sm && *sm != cur->move; sm++) {}
2572
2573         if (searchMoves[0] && *sm != cur->move)
2574             continue;
2575
2576         RootMove rm;
2577         rm.pv[0] = cur->move;
2578         rm.pv[1] = MOVE_NONE;
2579         rm.pv_score = Value(cur->score);
2580         push_back(rm);
2581     }
2582     sort();
2583   }
2584
2585 } // namespace