Synchronize sp_search_pv() with search_pv()
[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) 2008-2009 Marco Costalba
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75     void print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
76
77     void resetNodeCounters();
78     void resetBetaCounters();
79     int64_t nodes_searched() const;
80     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
81     bool available_thread_exists(int master) const;
82     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
83     bool thread_should_stop(int threadID) const;
84     void wake_sleeping_threads();
85     void put_threads_to_sleep();
86     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
87     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
88                const Value futilityValue, Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
89
90   private:
91     friend void poll();
92
93     int ActiveThreads;
94     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
95     Thread threads[MAX_THREADS];
96     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
97
98     Lock MPLock, IOLock;
99
100 #if !defined(_MSC_VER)
101     pthread_cond_t WaitCond;
102     pthread_mutex_t WaitLock;
103 #else
104     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
105 #endif
106
107   };
108
109
110   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
111   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
112   // in the case of moves which fail low).
113
114   struct RootMove {
115
116     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
117
118     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
119     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
120     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
121     // have equal score but m1 has the higher node count.
122     bool operator<(const RootMove& m) const {
123
124         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
125     }
126
127     Move move;
128     Value score;
129     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
130     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
131   };
132
133
134   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
135   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
136
137   class RootMoveList {
138
139   public:
140     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
141
142     int move_count() const { return count; }
143     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
144     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
145     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
146     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
147     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
148
149     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
150     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
151     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
152     void sort();
153     void sort_multipv(int n);
154
155   private:
156     static const int MaxRootMoves = 500;
157     RootMove moves[MaxRootMoves];
158     int count;
159   };
160
161
162   /// Constants
163
164   // Search depth at iteration 1
165   const Depth InitialDepth = OnePly;
166
167   // Use internal iterative deepening?
168   const bool UseIIDAtPVNodes = true;
169   const bool UseIIDAtNonPVNodes = true;
170
171   // Internal iterative deepening margin. At Non-PV moves, when
172   // UseIIDAtNonPVNodes is true, we do an internal iterative deepening
173   // search when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
174   const Value IIDMargin = Value(0x100);
175
176   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
177   // better than the second best move.
178   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
179
180   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
181   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
182   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
183
184   // If the TT move is at least SingleReplyMargin better then the
185   // remaining ones we will extend it.
186   const Value SingleReplyMargin = Value(0x20);
187
188   // Depth limit for razoring
189   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
190
191   /// Lookup tables initialized at startup
192
193   // Reduction lookup tables and their getter functions
194   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
195   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
196
197   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
198   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
199
200   // Futility lookup tables and their getter functions
201   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
202   int32_t FutilityMarginsMatrix[14][64]; // [depth][moveNumber]
203   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
204
205   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7*OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
206   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16*OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
207
208   /// Variables initialized by UCI options
209
210   // Depth limit for use of dynamic threat detection
211   Depth ThreatDepth;
212
213   // Last seconds noise filtering (LSN)
214   const bool UseLSNFiltering = true;
215   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
216   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
217   bool loseOnTime = false;
218
219   // Extensions. Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
220   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
221   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
222
223   // Iteration counters
224   int Iteration;
225
226   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
227   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
228   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
229
230   // Search window management
231   int AspirationDelta;
232
233   // MultiPV mode
234   int MultiPV;
235
236   // Time managment variables
237   int RootMoveNumber;
238   int SearchStartTime;
239   int MaxNodes, MaxDepth;
240   int MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
241   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
242   bool AbortSearch, Quit;
243   bool AspirationFailLow;
244
245   // Show current line?
246   bool ShowCurrentLine;
247
248   // Log file
249   bool UseLogFile;
250   std::ofstream LogFile;
251
252   // MP related variables
253   Depth MinimumSplitDepth;
254   int MaxThreadsPerSplitPoint;
255   ThreadsManager TM;
256
257   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different
258   // cache lines (64 bytes each) from the heavy SMP read accessed variables.
259   int NodesSincePoll;
260   int NodesBetweenPolls = 30000;
261
262   // History table
263   History H;
264
265   /// Functions
266
267   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
268   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta);
269   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
270   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
271   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
272   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
273   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
274   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
275   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
276   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
277   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
278   bool value_is_mate(Value value);
279   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
280   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
281   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
282   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
283   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
284   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
285   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
286   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
287   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
288
289   int current_search_time();
290   int nps();
291   void poll();
292   void ponderhit();
293   void wait_for_stop_or_ponderhit();
294   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
295
296 #if !defined(_MSC_VER)
297   void *init_thread(void *threadID);
298 #else
299   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
300 #endif
301
302 }
303
304
305 ////
306 //// Functions
307 ////
308
309 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
310 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
311
312 void init_threads() { TM.init_threads(); }
313 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
314 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
315
316
317 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
318 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
319
320 int perft(Position& pos, Depth depth)
321 {
322     Move move;
323     int sum = 0;
324     MovePicker mp = MovePicker(pos, MOVE_NONE, depth, H);
325
326     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
327     // the moves, just to count them.
328     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
329     {
330         while (mp.get_next_move()) sum++;
331         return sum;
332     }
333
334     // Loop through all legal moves
335     CheckInfo ci(pos);
336     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
337     {
338         StateInfo st;
339         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
340         sum += perft(pos, depth - OnePly);
341         pos.undo_move(move);
342     }
343     return sum;
344 }
345
346
347 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
348 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
349 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
350 /// when a quit command is received during the search.
351
352 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
353            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
354            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
355
356   // Initialize global search variables
357   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = false;
358   AspirationFailLow = false;
359   NodesSincePoll = 0;
360   SearchStartTime = get_system_time();
361   ExactMaxTime = maxTime;
362   MaxDepth = maxDepth;
363   MaxNodes = maxNodes;
364   InfiniteSearch = infinite;
365   PonderSearch = ponder;
366   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
367
368   // Look for a book move, only during games, not tests
369   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
370   {
371       Move bookMove;
372       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
373           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
374
375       bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
376       if (bookMove != MOVE_NONE)
377       {
378           if (PonderSearch)
379               wait_for_stop_or_ponderhit();
380
381           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
382           return true;
383       }
384   }
385
386   TM.resetNodeCounters();
387
388   if (button_was_pressed("New Game"))
389       loseOnTime = false; // Reset at the beginning of a new game
390
391   // Read UCI option values
392   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
393   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
394       TT.clear();
395
396   bool PonderingEnabled = get_option_value_bool("Ponder");
397   MultiPV = get_option_value_int("MultiPV");
398
399   CheckExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
400   CheckExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
401
402   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
403   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
404
405   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
406   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
407
408   PassedPawnExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
409   PassedPawnExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
410
411   PawnEndgameExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
412   PawnEndgameExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
413
414   MateThreatExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
415   MateThreatExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
416
417   ThreatDepth   = get_option_value_int("Threat Depth") * OnePly;
418
419   Chess960 = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
420   ShowCurrentLine = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
421   UseLogFile = get_option_value_bool("Use Search Log");
422   if (UseLogFile)
423       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
424
425   MinimumSplitDepth = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
426   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
427
428   read_weights(pos.side_to_move());
429
430   // Set the number of active threads
431   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
432   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
433   {
434       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
435       init_eval(TM.active_threads());
436       // HACK: init_eval() destroys the static castleRightsMask[] array in the
437       // Position class. The below line repairs the damage.
438       Position p(pos.to_fen());
439       assert(pos.is_ok());
440   }
441
442   // Wake up sleeping threads
443   TM.wake_sleeping_threads();
444
445   // Set thinking time
446   int myTime = time[side_to_move];
447   int myIncrement = increment[side_to_move];
448   if (UseTimeManagement)
449   {
450       if (!movesToGo) // Sudden death time control
451       {
452           if (myIncrement)
453           {
454               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
455               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
456           }
457           else // Blitz game without increment
458           {
459               MaxSearchTime = myTime / 30;
460               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
461           }
462       }
463       else // (x moves) / (y minutes)
464       {
465           if (movesToGo == 1)
466           {
467               MaxSearchTime = myTime / 2;
468               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
469           }
470           else
471           {
472               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
473               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
474           }
475       }
476
477       if (PonderingEnabled)
478       {
479           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
480           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
481       }
482   }
483
484   // Set best NodesBetweenPolls interval
485   if (MaxNodes)
486       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
487   else if (myTime && myTime < 1000)
488       NodesBetweenPolls = 1000;
489   else if (myTime && myTime < 5000)
490       NodesBetweenPolls = 5000;
491   else
492       NodesBetweenPolls = 30000;
493
494   // Write information to search log file
495   if (UseLogFile)
496       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
497               << "infinite: "  << infinite
498               << " ponder: "   << ponder
499               << " time: "     << myTime
500               << " increment: " << myIncrement
501               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
502
503   // LSN filtering. Used only for developing purpose. Disabled by default.
504   if (   UseLSNFiltering
505       && loseOnTime)
506   {
507       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
508        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
509            /* wait here */;
510   }
511
512   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
513   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
514
515   if (UseLSNFiltering)
516   {
517       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
518       // decide to lose on time.
519       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
520           && myTime < LSNTime
521           && myIncrement == 0
522           && movesToGo == 0
523           && v < -LSNValue)
524       {
525           loseOnTime = true;
526       }
527       else if (loseOnTime)
528       {
529           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
530           loseOnTime = false;
531       }
532   }
533
534   if (UseLogFile)
535       LogFile.close();
536
537   TM.put_threads_to_sleep();
538
539   return !Quit;
540 }
541
542
543 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
544
545 void init_search() {
546
547   // Init our reduction lookup tables
548   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
549       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
550       {
551           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
552           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
553           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
554           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
555       }
556
557   // Init futility margins array
558   for (int i = 0; i < 14; i++) // i == depth (OnePly = 2)
559       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
560       {
561           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j; // FIXME: test using log instead of BSR
562       }
563
564   // Init futility move count array
565   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
566       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
567 }
568
569
570 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
571 // new search from the root.
572 void SearchStack::init(int ply) {
573
574   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
575   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
576   reduction = Depth(0);
577   eval = VALUE_NONE;
578 }
579
580 void SearchStack::initKillers() {
581
582   mateKiller = MOVE_NONE;
583   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
584       killers[i] = MOVE_NONE;
585 }
586
587 namespace {
588
589   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
590   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
591   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
592   // reached.
593
594   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
595
596     Position p(pos);
597     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
598
599     // searchMoves are verified, copied, scored and sorted
600     RootMoveList rml(p, searchMoves);
601
602     // Handle special case of searching on a mate/stale position
603     if (rml.move_count() == 0)
604     {
605         if (PonderSearch)
606             wait_for_stop_or_ponderhit();
607
608         return pos.is_check()? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
609     }
610
611     // Print RootMoveList c'tor startup scoring to the standard output,
612     // so that we print information also for iteration 1.
613     cout << "info depth " << 1 << "\ninfo depth " << 1
614          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
615          << " time " << current_search_time()
616          << " nodes " << TM.nodes_searched()
617          << " nps " << nps()
618          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
619
620     // Initialize
621     TT.new_search();
622     H.clear();
623     init_ss_array(ss);
624     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
625     Iteration = 1;
626
627     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
628     Move EasyMove = MOVE_NONE;
629     if (   rml.move_count() == 1
630         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
631         EasyMove = rml.get_move(0);
632
633     // Iterative deepening loop
634     while (Iteration < PLY_MAX)
635     {
636         // Initialize iteration
637         rml.sort();
638         Iteration++;
639         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
640         if (Iteration <= 5)
641             ExtraSearchTime = 0;
642
643         cout << "info depth " << Iteration << endl;
644
645         // Calculate dynamic search window based on previous iterations
646         Value alpha, beta;
647
648         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
649         {
650             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
651             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
652
653             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
654             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
655
656             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
657             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
658         }
659         else
660         {
661             alpha = - VALUE_INFINITE;
662             beta  =   VALUE_INFINITE;
663         }
664
665         // Search to the current depth
666         Value value = root_search(p, ss, rml, alpha, beta);
667
668         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
669         // been overwritten during the search.
670         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
671
672         if (AbortSearch)
673             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
674
675         //Save info about search result
676         ValueByIteration[Iteration] = value;
677
678         // Drop the easy move if it differs from the new best move
679         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
680             EasyMove = MOVE_NONE;
681
682         if (UseTimeManagement)
683         {
684             // Time to stop?
685             bool stopSearch = false;
686
687             // Stop search early if there is only a single legal move,
688             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
689             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
690                 stopSearch = true;
691
692             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
693             if (  Iteration >= 6
694                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
695                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
696                 stopSearch = true;
697
698             // Stop search early if one move seems to be much better than the rest
699             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
700             if (   Iteration >= 8
701                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
702                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
703                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
704                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
705                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
706                 stopSearch = true;
707
708             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
709             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
710                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
711                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
712
713             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
714             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
715             // move at the next iteration anyway.
716             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
717                 stopSearch = true;
718
719             if (stopSearch)
720             {
721                 if (!PonderSearch)
722                     break;
723                 else
724                     StopOnPonderhit = true;
725             }
726         }
727
728         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
729             break;
730     }
731
732     rml.sort();
733
734     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
735     // best move before we are told to do so.
736     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
737         wait_for_stop_or_ponderhit();
738     else
739         // Print final search statistics
740         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
741              << " nps " << nps()
742              << " time " << current_search_time()
743              << " hashfull " << TT.full() << endl;
744
745     // Print the best move and the ponder move to the standard output
746     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
747     {
748         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
749         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
750     }
751     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
752     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
753         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
754
755     cout << endl;
756
757     if (UseLogFile)
758     {
759         if (dbg_show_mean)
760             dbg_print_mean(LogFile);
761
762         if (dbg_show_hit_rate)
763             dbg_print_hit_rate(LogFile);
764
765         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
766                 << "\nNodes/second: " << nps()
767                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
768
769         StateInfo st;
770         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
771         LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) << endl;
772     }
773     return rml.get_move_score(0);
774   }
775
776
777   // root_search() is the function which searches the root node. It is
778   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
779   // scheme and prints some information to the standard output.
780
781   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta) {
782
783     int64_t nodes;
784     Move move;
785     StateInfo st;
786     Depth depth, ext, newDepth;
787     Value value;
788     CheckInfo ci(pos);
789     int researchCount = 0;
790     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
791     Value alpha = oldAlpha;
792     bool isCheck = pos.is_check();
793
794     // Evaluate the position statically
795     EvalInfo ei;
796     ss[0].eval = !isCheck ? evaluate(pos, ei, 0) : VALUE_NONE;
797
798     while (1) // Fail low loop
799     {
800
801         // Loop through all the moves in the root move list
802         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
803         {
804             if (alpha >= beta)
805             {
806                 // We failed high, invalidate and skip next moves, leave node-counters
807                 // and beta-counters as they are and quickly return, we will try to do
808                 // a research at the next iteration with a bigger aspiration window.
809                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
810                 continue;
811             }
812
813             RootMoveNumber = i + 1;
814
815             // Save the current node count before the move is searched
816             nodes = TM.nodes_searched();
817
818             // Reset beta cut-off counters
819             TM.resetBetaCounters();
820
821             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
822             // the standard output.
823             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
824
825             if (current_search_time() >= 1000)
826                 cout << "info currmove " << move
827                      << " currmovenumber " << RootMoveNumber << endl;
828
829             // Decide search depth for this move
830             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
831             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
832             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
833             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
834             newDepth = depth + ext;
835
836             value = - VALUE_INFINITE;
837
838             while (1) // Fail high loop
839             {
840
841                 // Make the move, and search it
842                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
843
844                 if (i < MultiPV || value > alpha)
845                 {
846                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
847                     if (MultiPV > 1)
848                         alpha = -VALUE_INFINITE;
849
850                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
851                 }
852                 else
853                 {
854                     // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
855                     // if the move fails high will be re-searched at full depth.
856                     bool doFullDepthSearch = true;
857
858                     if (   depth >= 3*OnePly // FIXME was newDepth
859                         && !dangerous
860                         && !captureOrPromotion
861                         && !move_is_castle(move))
862                     {
863                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, RootMoveNumber - MultiPV + 1);
864                         if (ss[0].reduction)
865                         {
866                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
867                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
868                         }
869                     }
870
871                     if (doFullDepthSearch)
872                     {
873                         ss[0].reduction = Depth(0);
874                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
875
876                         if (value > alpha)
877                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
878                     }
879                 }
880
881                 pos.undo_move(move);
882
883                 // Can we exit fail high loop ?
884                 if (AbortSearch || value < beta)
885                     break;
886
887                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update score
888                 // before research in case we run out of time while researching.
889                 rml.set_move_score(i, value);
890                 update_pv(ss, 0);
891                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
892                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
893
894                 // Print search information to the standard output
895                 cout << "info depth " << Iteration
896                      << " score " << value_to_string(value)
897                      << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
898                         ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
899                      << " time "  << current_search_time()
900                      << " nodes " << TM.nodes_searched()
901                      << " nps "   << nps()
902                      << " pv ";
903
904                 for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
905                     cout << ss[0].pv[j] << " ";
906
907                 cout << endl;
908
909                 if (UseLogFile)
910                 {
911                     ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
912                                     : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
913
914                     LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
915                                          TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
916                 }
917
918                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
919                 researchCount++;
920                 beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCount), VALUE_INFINITE);
921
922             } // End of fail high loop
923
924             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
925             // was aborted because the user interrupted the search or because we
926             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
927             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
928             // move and/or PV.
929             if (AbortSearch)
930                 break;
931
932             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
933             // info is used to sort the root moves at the next iteration.
934             int64_t our, their;
935             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
936             rml.set_beta_counters(i, our, their);
937             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
938
939             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
940
941             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
942                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
943             else
944             {
945                 // PV move or new best move!
946
947                 // Update PV
948                 rml.set_move_score(i, value);
949                 update_pv(ss, 0);
950                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
951                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
952
953                 if (MultiPV == 1)
954                 {
955                     // We record how often the best move has been changed in each
956                     // iteration. This information is used for time managment: When
957                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
958                     if (i > 0)
959                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
960
961                     // Print search information to the standard output
962                     cout << "info depth " << Iteration
963                          << " score " << value_to_string(value)
964                          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
965                             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
966                          << " time "  << current_search_time()
967                          << " nodes " << TM.nodes_searched()
968                          << " nps "   << nps()
969                          << " pv ";
970
971                     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
972                         cout << ss[0].pv[j] << " ";
973
974                     cout << endl;
975
976                     if (UseLogFile)
977                     {
978                         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
979                                         : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
980
981                         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
982                                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
983                     }
984                     if (value > alpha)
985                         alpha = value;
986                 }
987                 else // MultiPV > 1
988                 {
989                     rml.sort_multipv(i);
990                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
991                     {
992                         cout << "info multipv " << j + 1
993                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
994                              << " depth " << ((j <= i)? Iteration : Iteration - 1)
995                              << " time " << current_search_time()
996                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
997                              << " nps " << nps()
998                              << " pv ";
999
1000                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1001                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1002
1003                         cout << endl;
1004                     }
1005                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV-1));
1006                 }
1007             } // PV move or new best move
1008
1009             assert(alpha >= oldAlpha);
1010
1011             AspirationFailLow = (alpha == oldAlpha);
1012
1013             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1014                 StopOnPonderhit = false;
1015         }
1016
1017         // Can we exit fail low loop ?
1018         if (AbortSearch || alpha > oldAlpha)
1019             break;
1020
1021         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1022         researchCount++;
1023         alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCount), -VALUE_INFINITE);
1024         oldAlpha = alpha;
1025
1026     } // Fail low loop
1027
1028     return alpha;
1029   }
1030
1031
1032   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1033
1034   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1035                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1036
1037     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1038     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1039     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1040     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1041
1042     Move movesSearched[256];
1043     StateInfo st;
1044     const TTEntry* tte;
1045     Move ttMove, move;
1046     Depth ext, newDepth;
1047     Value oldAlpha, value;
1048     bool isCheck, mateThreat, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1049     int moveCount = 0;
1050     Value bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1051
1052     if (depth < OnePly)
1053         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1054
1055     // Step 1. Initialize node and poll
1056     // Polling can abort search.
1057     init_node(ss, ply, threadID);
1058
1059     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1060     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1061         return Value(0);
1062
1063     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1064         return VALUE_DRAW;
1065
1066     // Step 3. Mate distance pruning
1067     oldAlpha = alpha;
1068     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1069     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1070     if (alpha >= beta)
1071         return alpha;
1072
1073     // Step 4. Transposition table lookup
1074     // At PV nodes, we don't use the TT for pruning, but only for move ordering.
1075     // This is to avoid problems in the following areas:
1076     //
1077     // * Repetition draw detection
1078     // * Fifty move rule detection
1079     // * Searching for a mate
1080     // * Printing of full PV line
1081     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1082     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1083
1084     // Step 5. Evaluate the position statically
1085     // At PV nodes we do this only to update gain statistics
1086     isCheck = pos.is_check();
1087     if (!isCheck)
1088     {
1089         EvalInfo ei;
1090         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1091         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1092     }
1093
1094     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
1095     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
1096     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
1097
1098     // Step 9. Internal iterative deepening
1099     if (   UseIIDAtPVNodes
1100         && depth >= 5*OnePly
1101         && ttMove == MOVE_NONE)
1102     {
1103         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1104         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1105         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1106     }
1107
1108     // Step 10. Loop through moves
1109     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1110
1111     // Initialize a MovePicker object for the current position
1112     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1113     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1114     CheckInfo ci(pos);
1115
1116     while (   alpha < beta
1117            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1118            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1119     {
1120       assert(move_is_ok(move));
1121
1122       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1123       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1124       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1125
1126       // Step 11. Decide the new search depth
1127       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1128
1129       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1130       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1131       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1132       if (   depth >= 6 * OnePly
1133           && tte
1134           && move == tte->move()
1135           && ext < OnePly
1136           && is_lower_bound(tte->type())
1137           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1138       {
1139           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1140
1141           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1142           {
1143               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1144
1145               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1146                   ext = OnePly;
1147           }
1148       }
1149
1150       newDepth = depth - OnePly + ext;
1151
1152       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1153       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1154
1155       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1156
1157       // Step 13. Make the move
1158       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1159
1160       // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1161       // The first move in list is the expected PV
1162       if (moveCount == 1)
1163           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1164       else
1165       {
1166         // Step 14. Reduced search
1167         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1168         bool doFullDepthSearch = true;
1169
1170         if (    depth >= 3*OnePly
1171             && !dangerous
1172             && !captureOrPromotion
1173             && !move_is_castle(move)
1174             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1175         {
1176             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1177             if (ss[ply].reduction)
1178             {
1179                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1180                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1181             }
1182         }
1183
1184         // Step 15. Full depth search
1185         if (doFullDepthSearch)
1186         {
1187             ss[ply].reduction = Depth(0);
1188             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1189
1190             // Step extra. pv search (only in PV nodes)
1191             if (value > alpha && value < beta)
1192                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1193         }
1194       }
1195
1196       // Step 16. Undo move
1197       pos.undo_move(move);
1198
1199       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1200
1201       // Step 17. Check for new best move
1202       if (value > bestValue)
1203       {
1204           bestValue = value;
1205           if (value > alpha)
1206           {
1207               alpha = value;
1208               update_pv(ss, ply);
1209               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1210                   ss[ply].mateKiller = move;
1211           }
1212       }
1213
1214       // Step 18. Check for split
1215       if (   TM.active_threads() > 1
1216           && bestValue < beta
1217           && depth >= MinimumSplitDepth
1218           && Iteration <= 99
1219           && TM.available_thread_exists(threadID)
1220           && !AbortSearch
1221           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1222           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue, VALUE_NONE,
1223                       depth, &moveCount, &mp, threadID, true))
1224           break;
1225     }
1226
1227     // Step 19. Check for mate and stalemate
1228     // All legal moves have been searched and if there were
1229     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1230     if (moveCount == 0)
1231         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1232
1233     // Step 20. Update tables
1234     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1235     // history counters, and killer moves.
1236     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1237         return bestValue;
1238
1239     if (bestValue <= oldAlpha)
1240         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1241
1242     else if (bestValue >= beta)
1243     {
1244         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1245         move = ss[ply].pv[ply];
1246         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1247         {
1248             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1249             update_killers(move, ss[ply]);
1250         }
1251         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1252     }
1253     else
1254         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1255
1256     return bestValue;
1257   }
1258
1259
1260   // search() is the search function for zero-width nodes.
1261
1262   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1263                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1264
1265     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1266     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1267     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1268
1269     Move movesSearched[256];
1270     EvalInfo ei;
1271     StateInfo st;
1272     const TTEntry* tte;
1273     Move ttMove, move;
1274     Depth ext, newDepth;
1275     Value bestValue, staticValue, nullValue, value, futilityValue, futilityValueScaled;
1276     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1277     bool mateThreat = false;
1278     int moveCount = 0;
1279     futilityValue = staticValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1280
1281     if (depth < OnePly)
1282         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1283
1284     // Step 1. Initialize node and poll
1285     // Polling can abort search.
1286     init_node(ss, ply, threadID);
1287
1288     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1289     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1290         return Value(0);
1291
1292     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1293         return VALUE_DRAW;
1294
1295     // Step 3. Mate distance pruning
1296     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1297         return beta;
1298
1299     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1300         return beta - 1;
1301
1302     // Step 4. Transposition table lookup
1303
1304     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1305     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exsists.
1306     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1307
1308     tte = TT.retrieve(posKey);
1309     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1310
1311     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1312     {
1313         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1314         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1315     }
1316
1317     // Step 5. Evaluate the position statically
1318     isCheck = pos.is_check();
1319
1320     if (!isCheck)
1321     {
1322         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1323             staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1324         else
1325             staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1326
1327         ss[ply].eval = staticValue;
1328         futilityValue = staticValue + futility_margin(depth, 0); //FIXME: Remove me, only for split
1329         staticValue = refine_eval(tte, staticValue, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1330         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1331     }
1332
1333     // Step 6. Razoring
1334     if (   !value_is_mate(beta)
1335         && !isCheck
1336         && depth < RazorDepth
1337         && staticValue < beta - (0x200 + 16 * depth)
1338         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1339         && ttMove == MOVE_NONE
1340         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1341     {
1342         Value rbeta = beta - (0x200 + 16 * depth);
1343         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1344         if (v < rbeta)
1345           return v; //FIXME: Logically should be: return (v + 0x200 + 16 * depth);
1346     }
1347
1348     // Step 7. Static null move pruning
1349     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1350     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1351     if (  !isCheck
1352         && allowNullmove
1353         && depth < RazorDepth
1354         && staticValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1355         return staticValue - futility_margin(depth, 0);
1356
1357     // Step 8. Null move search with verification search
1358     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1359     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1360     // NullMoveMargin under beta.
1361     if (    allowNullmove
1362         &&  depth > OnePly
1363         && !isCheck
1364         && !value_is_mate(beta)
1365         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1366         &&  staticValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1367     {
1368         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1369
1370         pos.do_null_move(st);
1371
1372         // Null move dynamic reduction based on depth
1373         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1374
1375         // Null move dynamic reduction based on value
1376         if (staticValue - beta > PawnValueMidgame)
1377             R++;
1378
1379         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1380
1381         pos.undo_null_move();
1382
1383         if (nullValue >= beta)
1384         {
1385             if (depth < 6 * OnePly)
1386                 return beta;
1387
1388             // Do zugzwang verification search
1389             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1390             if (v >= beta)
1391                 return beta;
1392         } else {
1393             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1394             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1395             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1396             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1397             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1398             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1399             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1400                 mateThreat = true;
1401
1402             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1403             if (   depth < ThreatDepth
1404                 && ss[ply - 1].reduction
1405                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1406                 return beta - 1;
1407         }
1408     }
1409
1410     // Step 9. Internal iterative deepening
1411     if (UseIIDAtNonPVNodes && ttMove == MOVE_NONE && depth >= 8*OnePly &&
1412         !isCheck && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1413     {
1414         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1415         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1416         tte = TT.retrieve(posKey);
1417     }
1418
1419     // Step 10. Loop through moves
1420     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1421
1422     // Initialize a MovePicker object for the current position
1423     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1424     CheckInfo ci(pos);
1425
1426     while (   bestValue < beta
1427            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1428            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1429     {
1430       assert(move_is_ok(move));
1431
1432       if (move == excludedMove)
1433           continue;
1434
1435       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1436       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1437       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1438
1439       // Step 11. Decide the new search depth
1440       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1441
1442       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1443       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1444       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1445       if (   depth >= 8 * OnePly
1446           && tte
1447           && move == tte->move()
1448           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1449           && ext < OnePly
1450           && is_lower_bound(tte->type())
1451           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1452       {
1453           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1454
1455           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1456           {
1457               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1458
1459               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1460                   ext = OnePly;
1461           }
1462       }
1463
1464       newDepth = depth - OnePly + ext;
1465
1466       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1467       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1468
1469       // Step 12. Futility pruning
1470       if (   !isCheck
1471           && !dangerous
1472           && !captureOrPromotion
1473           && !move_is_castle(move)
1474           &&  move != ttMove)
1475       {
1476           // Move count based pruning
1477           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1478               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1479               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1480               continue;
1481
1482           // Value based pruning
1483           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); //FIXME: We are ignoring condition: depth >= 3*OnePly, BUG??
1484           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1485                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1486
1487           if (futilityValueScaled < beta)
1488           {
1489               if (futilityValueScaled > bestValue)
1490                   bestValue = futilityValueScaled;
1491               continue;
1492           }
1493       }
1494
1495       // Step 13. Make the move
1496       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1497
1498       // Step 14. Reduced search
1499       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1500       bool doFullDepthSearch = true;
1501
1502       if (    depth >= 3*OnePly
1503           && !dangerous
1504           && !captureOrPromotion
1505           && !move_is_castle(move)
1506           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1507       {
1508           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1509           if (ss[ply].reduction)
1510           {
1511               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1512               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1513           }
1514       }
1515
1516       // Step 15. Full depth search
1517       if (doFullDepthSearch)
1518       {
1519           ss[ply].reduction = Depth(0);
1520           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1521       }
1522
1523       // Step 16. Undo move
1524       pos.undo_move(move);
1525
1526       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1527
1528       // Step 17. Check for new best move
1529       if (value > bestValue)
1530       {
1531           bestValue = value;
1532           if (value >= beta)
1533               update_pv(ss, ply);
1534
1535           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1536               ss[ply].mateKiller = move;
1537       }
1538
1539       // Step 18. Check for split
1540       if (   TM.active_threads() > 1
1541           && bestValue < beta
1542           && depth >= MinimumSplitDepth
1543           && Iteration <= 99
1544           && TM.available_thread_exists(threadID)
1545           && !AbortSearch
1546           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1547           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue, futilityValue, //FIXME: SMP & futilityValue
1548                       depth, &moveCount, &mp, threadID, false))
1549           break;
1550     }
1551
1552     // Step 19. Check for mate and stalemate
1553     // All legal moves have been searched and if there were
1554     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1555     // If one move was excluded return fail low.
1556     if (!moveCount)
1557         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1558
1559     // Step 20. Update tables
1560     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1561     // history counters, and killer moves.
1562     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1563         return bestValue;
1564
1565     if (bestValue < beta)
1566         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1567     else
1568     {
1569         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1570         move = ss[ply].pv[ply];
1571         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1572         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1573         {
1574             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1575             update_killers(move, ss[ply]);
1576         }
1577
1578     }
1579
1580     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1581
1582     return bestValue;
1583   }
1584
1585
1586   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1587   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1588   // less than OnePly).
1589
1590   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1591                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1592
1593     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1594     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1595     assert(depth <= 0);
1596     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1597     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1598
1599     EvalInfo ei;
1600     StateInfo st;
1601     Move ttMove, move;
1602     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1603     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1604     const TTEntry* tte = NULL;
1605     int moveCount = 0;
1606     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1607     Value oldAlpha = alpha;
1608
1609     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1610     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1611     init_node(ss, ply, threadID);
1612
1613     // After init_node() that calls poll()
1614     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1615         return Value(0);
1616
1617     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1618         return VALUE_DRAW;
1619
1620     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1621     // pruning, but only for move ordering.
1622     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1623     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1624
1625     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1626     {
1627         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1628
1629         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1630         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1631     }
1632
1633     isCheck = pos.is_check();
1634
1635     // Evaluate the position statically
1636     if (isCheck)
1637         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1638     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1639         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1640     else
1641         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1642
1643     if (!isCheck)
1644     {
1645         ss[ply].eval = staticValue;
1646         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1647     }
1648
1649     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1650     // at least beta.
1651     bestValue = staticValue;
1652
1653     if (bestValue >= beta)
1654     {
1655         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1656         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1657             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1658
1659         return bestValue;
1660     }
1661
1662     if (bestValue > alpha)
1663         alpha = bestValue;
1664
1665     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1666     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1667
1668     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1669     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1670     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1671     // and we are near beta) will be generated.
1672     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1673     CheckInfo ci(pos);
1674     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1675     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1676
1677     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1678     // occurs.
1679     while (   alpha < beta
1680            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1681     {
1682       assert(move_is_ok(move));
1683
1684       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1685
1686       // Update current move
1687       moveCount++;
1688       ss[ply].currentMove = move;
1689
1690       // Futility pruning
1691       if (   enoughMaterial
1692           && !isCheck
1693           && !pvNode
1694           && !moveIsCheck
1695           &&  move != ttMove
1696           && !move_is_promotion(move)
1697           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1698       {
1699           futilityValue =  futilityBase
1700                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1701                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1702
1703           if (futilityValue < alpha)
1704           {
1705               if (futilityValue > bestValue)
1706                   bestValue = futilityValue;
1707               continue;
1708           }
1709       }
1710
1711       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1712       evasionPrunable =   isCheck
1713                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1714                        && !pos.move_is_capture(move)
1715                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1716                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1717
1718       // Don't search moves with negative SEE values
1719       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1720           && !pvNode
1721           &&  move != ttMove
1722           && !move_is_promotion(move)
1723           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1724           continue;
1725
1726       // Make and search the move
1727       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1728       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1729       pos.undo_move(move);
1730
1731       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1732
1733       // New best move?
1734       if (value > bestValue)
1735       {
1736           bestValue = value;
1737           if (value > alpha)
1738           {
1739               alpha = value;
1740               update_pv(ss, ply);
1741           }
1742        }
1743     }
1744
1745     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1746     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1747     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1748         return value_mated_in(ply);
1749
1750     // Update transposition table
1751     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1752     if (bestValue <= oldAlpha)
1753     {
1754         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1755         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1756         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1757         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1758     }
1759     else if (bestValue >= beta)
1760     {
1761         move = ss[ply].pv[ply];
1762         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1763
1764         // Update killers only for good checking moves
1765         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1766             update_killers(move, ss[ply]);
1767     }
1768     else
1769         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1770
1771     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1772
1773     return bestValue;
1774   }
1775
1776
1777   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1778   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1779   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1780   // table, done a null move search, and searched the first move before
1781   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1782   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1783   // care of after we return from the split point.
1784
1785   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1786
1787     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1788     assert(TM.active_threads() > 1);
1789
1790     Position pos(*sp->pos);
1791     CheckInfo ci(pos);
1792     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1793     StateInfo st;
1794     Value value = -VALUE_INFINITE;
1795     Move move;
1796     int moveCount;
1797     bool isCheck = pos.is_check();
1798     bool useFutilityPruning =     sp->depth < 7 * OnePly //FIXME: sync with search
1799                               && !isCheck;
1800
1801     lock_grab(&(sp->lock));
1802
1803     while (    sp->bestValue < sp->beta
1804            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1805            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1806     {
1807       moveCount = ++sp->moves;
1808       lock_release(&(sp->lock));
1809
1810       assert(move_is_ok(move));
1811
1812       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1813       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1814
1815       ss[sp->ply].currentMove = move;
1816
1817       // Decide the new search depth
1818       bool dangerous;
1819       Depth ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1820       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1821
1822       // Prune?
1823       if (    useFutilityPruning
1824           && !dangerous
1825           && !captureOrPromotion)
1826       {
1827           // Move count based pruning
1828           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1829               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1830               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1831           {
1832               lock_grab(&(sp->lock));
1833               continue;
1834           }
1835
1836           // Value based pruning
1837           Value futilityValueScaled = sp->futilityValue - moveCount * 8; //FIXME: sync with search
1838
1839           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1840           {
1841               lock_grab(&(sp->lock));
1842
1843               if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1844                   sp->bestValue = futilityValueScaled;
1845               continue;
1846           }
1847       }
1848
1849       // Step 13. Make the move
1850       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1851
1852       // Step 14. Reduced search
1853       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1854       bool doFullDepthSearch = true;
1855
1856       if (   !dangerous
1857           && !captureOrPromotion
1858           && !move_is_castle(move)
1859           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1860       {
1861           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1862           if (ss[sp->ply].reduction)
1863           {
1864               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1865               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1866           }
1867       }
1868
1869       // Step 15. Full depth search
1870       if (doFullDepthSearch)
1871       {
1872           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1873           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1874       }
1875
1876       // Step 16. Undo move
1877       pos.undo_move(move);
1878
1879       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1880
1881       // Step 17. Check for new best move
1882       lock_grab(&(sp->lock));
1883
1884       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1885       {
1886           sp->bestValue = value;
1887           if (sp->bestValue >= sp->beta)
1888           {
1889               sp->stopRequest = true;
1890               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1891           }
1892       }
1893     }
1894
1895     /* Here we have the lock still grabbed */
1896
1897     sp->slaves[threadID] = 0;
1898     sp->cpus--;
1899
1900     lock_release(&(sp->lock));
1901   }
1902
1903
1904   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1905   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1906   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1907   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1908   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1909   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1910   // after we return from the split point.
1911
1912   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1913
1914     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1915     assert(TM.active_threads() > 1);
1916
1917     Position pos(*sp->pos);
1918     CheckInfo ci(pos);
1919     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1920     StateInfo st;
1921     Value value = -VALUE_INFINITE;
1922     int moveCount;
1923     Move move;
1924
1925     // Step 10. Loop through moves
1926     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1927     lock_grab(&(sp->lock));
1928
1929     while (    sp->alpha < sp->beta
1930            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1931            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1932     {
1933       moveCount = ++sp->moves;
1934       lock_release(&(sp->lock));
1935
1936       assert(move_is_ok(move));
1937
1938       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1939       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1940
1941       // Step 11. Decide the new search depth
1942       bool dangerous;
1943       Depth ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1944       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1945
1946       // Update current move
1947       ss[sp->ply].currentMove = move;
1948
1949       // Step 12. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
1950
1951       // Step 13. Make the move
1952       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1953
1954       // Step 14. Reduced search
1955       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1956       bool doFullDepthSearch = true;
1957
1958       if (   !dangerous
1959           && !captureOrPromotion
1960           && !move_is_castle(move)
1961           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1962       {
1963           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1964           if (ss[sp->ply].reduction)
1965           {
1966               Value localAlpha = sp->alpha;
1967               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1968               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1969           }
1970       }
1971
1972       // Step 15. Full depth search
1973       if (doFullDepthSearch)
1974       {
1975           Value localAlpha = sp->alpha;
1976           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1977           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1978
1979           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
1980           {
1981               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1982               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1983               localAlpha = sp->alpha;
1984               if (localAlpha < sp->beta)
1985                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
1986           }
1987       }
1988
1989       // Step 16. Undo move
1990       pos.undo_move(move);
1991
1992       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1993
1994       // Step 17. Check for new best move
1995       lock_grab(&(sp->lock));
1996
1997       if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1998       {
1999           sp->bestValue = value;
2000           if (value > sp->alpha)
2001           {
2002               // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
2003               if (value >= sp->beta)
2004                   sp->stopRequest = true;
2005
2006               sp->alpha = value;
2007
2008               sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2009               if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2010                   ss[sp->ply].mateKiller = move;
2011           }
2012       }
2013     }
2014
2015     /* Here we have the lock still grabbed */
2016
2017     sp->slaves[threadID] = 0;
2018     sp->cpus--;
2019
2020     lock_release(&(sp->lock));
2021   }
2022
2023
2024   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2025   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2026   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2027   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2028   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2029
2030   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2031
2032     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2033     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2034
2035     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2036
2037     if (threadID == 0)
2038     {
2039         NodesSincePoll++;
2040         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2041         {
2042             poll();
2043             NodesSincePoll = 0;
2044         }
2045     }
2046     ss[ply].init(ply);
2047     ss[ply + 2].initKillers();
2048     TM.print_current_line(ss, ply, threadID);
2049   }
2050
2051
2052   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2053   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2054   // current node.
2055
2056   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2057
2058     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2059
2060     int p;
2061
2062     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2063
2064     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2065         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2066
2067     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2068   }
2069
2070
2071   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2072   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2073   // the PV at the parent node.
2074
2075   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2076
2077     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2078
2079     int p;
2080
2081     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2082
2083     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2084         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2085
2086     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2087   }
2088
2089
2090   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2091   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2092   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2093   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2094   // second move is assumed to be a move from the current position.
2095
2096   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2097
2098     Square f1, t1, f2, t2;
2099     Piece p;
2100
2101     assert(move_is_ok(m1));
2102     assert(move_is_ok(m2));
2103
2104     if (m2 == MOVE_NONE)
2105         return false;
2106
2107     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2108     f2 = move_from(m2);
2109     t1 = move_to(m1);
2110     if (f2 == t1)
2111         return true;
2112
2113     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2114     t2 = move_to(m2);
2115     f1 = move_from(m1);
2116     if (t2 == f1)
2117         return true;
2118
2119     // Case 3: Moving through the vacated square
2120     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2121         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2122       return true;
2123
2124     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2125     p = pos.piece_on(t1);
2126     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2127         return true;
2128
2129     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2130     if (    piece_is_slider(p)
2131         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2132         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2133     {
2134         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2135         // move is the opposite of the checking piece.
2136         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2137         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2138
2139         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2140             return true;
2141     }
2142     return false;
2143   }
2144
2145
2146   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2147   // eventually compensated for the ply.
2148
2149   bool value_is_mate(Value value) {
2150
2151     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2152
2153     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2154           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2155   }
2156
2157
2158   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2159   // killer moves of that ply.
2160
2161   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2162
2163       const Move* k = ss.killers;
2164       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2165           if (*k == m)
2166               return true;
2167
2168       return false;
2169   }
2170
2171
2172   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2173   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2174   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2175   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2176   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2177   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2178
2179   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2180                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2181
2182     assert(m != MOVE_NONE);
2183
2184     Depth result = Depth(0);
2185     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2186
2187     if (*dangerous)
2188     {
2189         if (moveIsCheck)
2190             result += CheckExtension[pvNode];
2191
2192         if (singleEvasion)
2193             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2194
2195         if (mateThreat)
2196             result += MateThreatExtension[pvNode];
2197     }
2198
2199     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2200     {
2201         Color c = pos.side_to_move();
2202         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2203         {
2204             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2205             *dangerous = true;
2206         }
2207         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2208         {
2209             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2210             *dangerous = true;
2211         }
2212     }
2213
2214     if (   captureOrPromotion
2215         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2216         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2217             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2218         && !move_is_promotion(m)
2219         && !move_is_ep(m))
2220     {
2221         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2222         *dangerous = true;
2223     }
2224
2225     if (   pvNode
2226         && captureOrPromotion
2227         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2228         && pos.see_sign(m) >= 0)
2229     {
2230         result += OnePly/2;
2231         *dangerous = true;
2232     }
2233
2234     return Min(result, OnePly);
2235   }
2236
2237
2238   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2239   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2240   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2241   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2242   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2243   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2244   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2245
2246   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2247
2248     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2249   }
2250
2251
2252   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2253   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2254   // candidates for pruning.
2255
2256   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2257
2258     assert(move_is_ok(m));
2259     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2260     assert(!pos.move_is_check(m));
2261     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2262     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2263
2264     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2265
2266     // Prune if there isn't any threat move
2267     if (threat == MOVE_NONE)
2268         return true;
2269
2270     mfrom = move_from(m);
2271     mto = move_to(m);
2272     tfrom = move_from(threat);
2273     tto = move_to(threat);
2274
2275     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2276     if (mfrom == tto)
2277         return false;
2278
2279     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2280     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2281     if (   pos.move_is_capture(threat)
2282         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2283             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2284         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2285         return false;
2286
2287     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2288     // prune safe moves which block its ray.
2289     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2290         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2291         && pos.see_sign(m) >= 0)
2292         return false;
2293
2294     return true;
2295   }
2296
2297
2298   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2299   // can be used at a given point in search.
2300
2301   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2302
2303     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2304
2305     return   (   tte->depth() >= depth
2306               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2307               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2308
2309           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2310               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2311   }
2312
2313
2314   // refine_eval() returns the transposition table score if
2315   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2316
2317   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2318
2319       if (!tte)
2320           return defaultEval;
2321
2322       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2323
2324       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2325           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2326           return v;
2327
2328       return defaultEval;
2329   }
2330
2331
2332   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2333   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2334
2335   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2336                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2337
2338     Move m;
2339
2340     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2341
2342     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2343     {
2344         m = movesSearched[i];
2345
2346         assert(m != move);
2347
2348         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2349             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2350     }
2351   }
2352
2353
2354   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2355   // among the killer moves of that ply.
2356
2357   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2358
2359     if (m == ss.killers[0])
2360         return;
2361
2362     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2363         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2364
2365     ss.killers[0] = m;
2366   }
2367
2368
2369   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2370   // the static position evaluation before and after the move.
2371
2372   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2373
2374     if (   m != MOVE_NULL
2375         && before != VALUE_NONE
2376         && after != VALUE_NONE
2377         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2378         && !move_is_castle(m)
2379         && !move_is_promotion(m))
2380         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2381   }
2382
2383
2384   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2385   // since the beginning of the current search.
2386
2387   int current_search_time() {
2388
2389     return get_system_time() - SearchStartTime;
2390   }
2391
2392
2393   // nps() computes the current nodes/second count.
2394
2395   int nps() {
2396
2397     int t = current_search_time();
2398     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2399   }
2400
2401
2402   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2403   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2404   // search.
2405
2406   void poll() {
2407
2408     static int lastInfoTime;
2409     int t = current_search_time();
2410
2411     //  Poll for input
2412     if (Bioskey())
2413     {
2414         // We are line oriented, don't read single chars
2415         std::string command;
2416
2417         if (!std::getline(std::cin, command))
2418             command = "quit";
2419
2420         if (command == "quit")
2421         {
2422             AbortSearch = true;
2423             PonderSearch = false;
2424             Quit = true;
2425             return;
2426         }
2427         else if (command == "stop")
2428         {
2429             AbortSearch = true;
2430             PonderSearch = false;
2431         }
2432         else if (command == "ponderhit")
2433             ponderhit();
2434     }
2435
2436     // Print search information
2437     if (t < 1000)
2438         lastInfoTime = 0;
2439
2440     else if (lastInfoTime > t)
2441         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2442         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2443         lastInfoTime = 0;
2444
2445     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2446     {
2447         lastInfoTime = t;
2448         lock_grab(&TM.IOLock);
2449
2450         if (dbg_show_mean)
2451             dbg_print_mean();
2452
2453         if (dbg_show_hit_rate)
2454             dbg_print_hit_rate();
2455
2456         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2457              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2458
2459         lock_release(&TM.IOLock);
2460
2461         if (ShowCurrentLine)
2462             TM.threads[0].printCurrentLineRequest = true;
2463     }
2464
2465     // Should we stop the search?
2466     if (PonderSearch)
2467         return;
2468
2469     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2470                            && !AspirationFailLow
2471                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2472
2473     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2474                      || stillAtFirstMove;
2475
2476     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2477         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2478         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2479         AbortSearch = true;
2480   }
2481
2482
2483   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2484   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2485   // it correctly predicted the opponent's move.
2486
2487   void ponderhit() {
2488
2489     int t = current_search_time();
2490     PonderSearch = false;
2491
2492     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2493                            && !AspirationFailLow
2494                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2495
2496     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2497                      || stillAtFirstMove;
2498
2499     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2500         AbortSearch = true;
2501   }
2502
2503
2504   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2505
2506   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2507
2508     for (int i = 0; i < 3; i++)
2509     {
2510         ss[i].init(i);
2511         ss[i].initKillers();
2512     }
2513   }
2514
2515
2516   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2517   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2518   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2519   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2520   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2521   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2522
2523   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2524
2525     std::string command;
2526
2527     while (true)
2528     {
2529         if (!std::getline(std::cin, command))
2530             command = "quit";
2531
2532         if (command == "quit")
2533         {
2534             Quit = true;
2535             break;
2536         }
2537         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2538             break;
2539     }
2540   }
2541
2542
2543   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2544   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2545   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2546   // threads and one for Windows threads.
2547
2548 #if !defined(_MSC_VER)
2549
2550   void* init_thread(void *threadID) {
2551
2552     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2553     return NULL;
2554   }
2555
2556 #else
2557
2558   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2559
2560     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2561     return NULL;
2562   }
2563
2564 #endif
2565
2566
2567   /// The ThreadsManager class
2568
2569   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2570   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2571   // counters used to sort the moves at root.
2572
2573   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2574
2575     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2576         threads[i].nodes = 0ULL;
2577   }
2578
2579   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2580
2581     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2582         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2583   }
2584
2585   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2586
2587     int64_t result = 0ULL;
2588     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2589         result += threads[i].nodes;
2590
2591     return result;
2592   }
2593
2594   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2595
2596     our = their = 0UL;
2597     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2598     {
2599         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2600         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2601     }
2602   }
2603
2604
2605   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2606   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2607   // object for which the current thread is the master.
2608
2609   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2610
2611     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2612
2613     while (true)
2614     {
2615         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2616         // master should exit as last one.
2617         if (AllThreadsShouldExit)
2618         {
2619             assert(!waitSp);
2620             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2621             return;
2622         }
2623
2624         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2625         // instead of wasting CPU time polling for work.
2626         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2627         {
2628             assert(!waitSp);
2629             assert(threadID != 0);
2630             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2631
2632 #if !defined(_MSC_VER)
2633             pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2634             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2635                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2636             pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2637 #else
2638             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2639 #endif
2640         }
2641
2642         // If thread has just woken up, mark it as available
2643         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2644             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2645
2646         // If this thread has been assigned work, launch a search
2647         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2648         {
2649             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2650
2651             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2652
2653             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2654                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2655             else
2656                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2657
2658             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2659
2660             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2661         }
2662
2663         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2664         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2665         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2666         {
2667             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2668
2669             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2670             return;
2671         }
2672     }
2673   }
2674
2675
2676   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2677   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2678   // objects.
2679
2680   void ThreadsManager::init_threads() {
2681
2682     volatile int i;
2683     bool ok;
2684
2685 #if !defined(_MSC_VER)
2686     pthread_t pthread[1];
2687 #endif
2688
2689     // Initialize global locks
2690     lock_init(&MPLock, NULL);
2691     lock_init(&IOLock, NULL);
2692
2693     // Initialize SplitPointStack locks
2694     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2695         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2696         {
2697             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2698             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2699         }
2700
2701 #if !defined(_MSC_VER)
2702     pthread_mutex_init(&WaitLock, NULL);
2703     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2704 #else
2705     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2706         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2707 #endif
2708
2709     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2710     AllThreadsShouldExit = false;
2711
2712     // Threads will be put to sleep as soon as created
2713     AllThreadsShouldSleep = true;
2714
2715     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2716     ActiveThreads = 1;
2717     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2718     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2719         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2720
2721     // Launch the helper threads
2722     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2723     {
2724
2725 #if !defined(_MSC_VER)
2726         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2727 #else
2728         DWORD iID[1];
2729         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, iID) != NULL);
2730 #endif
2731
2732         if (!ok)
2733         {
2734             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2735             Application::exit_with_failure();
2736         }
2737
2738         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2739         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2740     }
2741   }
2742
2743
2744   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2745   // helper threads exit cleanly.
2746
2747   void ThreadsManager::exit_threads() {
2748
2749     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2750     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2751     wake_sleeping_threads();
2752
2753     // This makes the threads to exit idle_loop()
2754     AllThreadsShouldExit = true;
2755
2756     // Wait for thread termination
2757     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2758         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2759
2760     // Now we can safely destroy the locks
2761     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2762         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2763             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2764   }
2765
2766
2767   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2768   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2769   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2770
2771   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2772
2773     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2774
2775     SplitPoint* sp;
2776
2777     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2778     return sp != NULL;
2779   }
2780
2781
2782   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2783   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2784   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2785   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2786   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2787   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2788   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2789
2790   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2791
2792     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2793     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2794     assert(ActiveThreads > 1);
2795
2796     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2797         return false;
2798
2799     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2800     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2801
2802     if (localActiveSplitPoints == 0)
2803         // No active split points means that the thread is available as
2804         // a slave for any other thread.
2805         return true;
2806
2807     if (ActiveThreads == 2)
2808         return true;
2809
2810     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2811     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2812     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2813     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2814         return true;
2815
2816     return false;
2817   }
2818
2819
2820   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2821   // a slave for the thread with threadID "master".
2822
2823   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2824
2825     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2826     assert(ActiveThreads > 1);
2827
2828     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2829         if (thread_is_available(i, master))
2830             return true;
2831
2832     return false;
2833   }
2834
2835
2836   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2837   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2838   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2839   // split point objects), the function immediately returns false. If
2840   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2841   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2842   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2843   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2844   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2845   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2846   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2847
2848   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2849              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue, const Value futilityValue,
2850              Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2851
2852     assert(p.is_ok());
2853     assert(sstck != NULL);
2854     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2855     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2856     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2857            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2858     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2859     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2860     assert(depth > Depth(0));
2861     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2862     assert(ActiveThreads > 1);
2863
2864     SplitPoint* splitPoint;
2865
2866     lock_grab(&MPLock);
2867
2868     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2869     // active split points, don't split.
2870     if (   !available_thread_exists(master)
2871         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2872     {
2873         lock_release(&MPLock);
2874         return false;
2875     }
2876
2877     // Pick the next available split point object from the split point stack
2878     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2879
2880     // Initialize the split point object
2881     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2882     splitPoint->stopRequest = false;
2883     splitPoint->ply = ply;
2884     splitPoint->depth = depth;
2885     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2886     splitPoint->beta = beta;
2887     splitPoint->pvNode = pvNode;
2888     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2889     splitPoint->futilityValue = futilityValue;
2890     splitPoint->master = master;
2891     splitPoint->mp = mp;
2892     splitPoint->moves = *moves;
2893     splitPoint->cpus = 1;
2894     splitPoint->pos = &p;
2895     splitPoint->parentSstack = sstck;
2896     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2897         splitPoint->slaves[i] = 0;
2898
2899     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2900     threads[master].activeSplitPoints++;
2901
2902     // If we are here it means we are not available
2903     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2904
2905     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2906     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2907         if (thread_is_available(i, master))
2908         {
2909             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2910             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2911             splitPoint->slaves[i] = 1;
2912             splitPoint->cpus++;
2913         }
2914
2915     assert(splitPoint->cpus > 1);
2916
2917     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2918     lock_release(&MPLock);
2919
2920     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2921     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2922     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2923         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2924         {
2925             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2926
2927             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2928
2929             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2930         }
2931
2932     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2933     // which it will instantly launch a search, because its state is
2934     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2935     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2936     // loop when all threads have finished their work at this split point
2937     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2938     idle_loop(master, splitPoint);
2939
2940     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2941     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2942     lock_grab(&MPLock);
2943
2944     if (pvNode)
2945         *alpha = splitPoint->alpha;
2946
2947     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2948     threads[master].activeSplitPoints--;
2949     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2950
2951     lock_release(&MPLock);
2952     return true;
2953   }
2954
2955
2956   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2957   // to start a new search from the root.
2958
2959   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
2960
2961     assert(AllThreadsShouldSleep);
2962     assert(ActiveThreads > 0);
2963
2964     AllThreadsShouldSleep = false;
2965
2966     if (ActiveThreads == 1)
2967         return;
2968
2969     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2970         assert(threads[i].state == THREAD_SLEEPING);
2971
2972 #if !defined(_MSC_VER)
2973     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2974     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
2975     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2976 #else
2977     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2978         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
2979 #endif
2980
2981   }
2982
2983
2984   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
2985   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
2986   // finished the job and should be idle.
2987
2988   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
2989
2990     assert(!AllThreadsShouldSleep);
2991
2992     // This makes the threads to go to sleep
2993     AllThreadsShouldSleep = true;
2994
2995     // Reset flags to a known state.
2996     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2997     {
2998         // This flag can be in a random state
2999         threads[i].printCurrentLineRequest = false;
3000     }
3001   }
3002
3003   // print_current_line() prints _once_ the current line of search for a
3004   // given thread and then setup the print request for the next thread.
3005   // Called when the UCI option UCI_ShowCurrLine is 'true'.
3006
3007   void ThreadsManager::print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
3008
3009     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
3010     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
3011
3012     if (!threads[threadID].printCurrentLineRequest)
3013         return;
3014
3015     // One shot only
3016     threads[threadID].printCurrentLineRequest = false;
3017
3018     if (threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING)
3019     {
3020         lock_grab(&IOLock);
3021         cout << "info currline " << (threadID + 1);
3022         for (int p = 0; p < ply; p++)
3023             cout << " " << ss[p].currentMove;
3024
3025         cout << endl;
3026         lock_release(&IOLock);
3027     }
3028
3029     // Setup print request for the next thread ID
3030     if (threadID + 1 < ActiveThreads)
3031         threads[threadID + 1].printCurrentLineRequest = true;
3032   }
3033
3034
3035   /// The RootMoveList class
3036
3037   // RootMoveList c'tor
3038
3039   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3040
3041     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3042     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3043     StateInfo st;
3044     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3045
3046     // Generate all legal moves
3047     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3048
3049     // Add each move to the moves[] array
3050     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3051     {
3052         bool includeMove = includeAllMoves;
3053
3054         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3055             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3056
3057         if (!includeMove)
3058             continue;
3059
3060         // Find a quick score for the move
3061         init_ss_array(ss);
3062         pos.do_move(cur->move, st);
3063         moves[count].move = cur->move;
3064         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3065         moves[count].pv[0] = cur->move;
3066         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3067         pos.undo_move(cur->move);
3068         count++;
3069     }
3070     sort();
3071   }
3072
3073
3074   // RootMoveList simple methods definitions
3075
3076   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3077
3078     moves[moveNum].nodes = nodes;
3079     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3080   }
3081
3082   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3083
3084     moves[moveNum].ourBeta = our;
3085     moves[moveNum].theirBeta = their;
3086   }
3087
3088   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3089
3090     int j;
3091
3092     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3093         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3094
3095     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3096   }
3097
3098
3099   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3100   // iteration.
3101
3102   void RootMoveList::sort() {
3103
3104     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3105   }
3106
3107
3108   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3109   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3110   // correctly in MultiPV mode.
3111
3112   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3113
3114     int i,j;
3115
3116     for (i = 1; i <= n; i++)
3117     {
3118         RootMove rm = moves[i];
3119         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3120             moves[j] = moves[j - 1];
3121
3122         moves[j] = rm;
3123     }
3124   }
3125
3126 } // namspace