Reset thread flags to a known state before to exit think()
[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 set_stop_request(int threadID) { threads[threadID].stop = true; }
74     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
75     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
76     void print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
77
78     void resetNodeCounters();
79     void resetBetaCounters();
80     int64_t nodes_searched() const;
81     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
82     bool idle_thread_exists(int master) const;
83     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
84     bool thread_should_stop(int threadID) const;
85     void wake_sleeping_threads();
86     void put_threads_to_sleep();
87     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
88     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, Value* beta, Value* bestValue,
89                const Value futilityValue, Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
90
91   private:
92     friend void poll();
93
94     int ActiveThreads;
95     bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
96     Thread threads[THREAD_MAX];
97     SplitPoint SplitPointStack[THREAD_MAX][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
98
99     Lock MPLock, IOLock;
100
101 #if !defined(_MSC_VER)
102     pthread_cond_t WaitCond;
103     pthread_mutex_t WaitLock;
104 #else
105     HANDLE SitIdleEvent[THREAD_MAX];
106 #endif
107
108   };
109
110
111   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
112   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
113   // in the case of moves which fail low).
114
115   struct RootMove {
116
117     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
118
119     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
120     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
121     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
122     // have equal score but m1 has the higher node count.
123     bool operator<(const RootMove& m) const {
124
125         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
126     }
127
128     Move move;
129     Value score;
130     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
131     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
132   };
133
134
135   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
136   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
137
138   class RootMoveList {
139
140   public:
141     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
142
143     int move_count() const { return count; }
144     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
145     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
146     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
147     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
148     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
149
150     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
151     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
152     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
153     void sort();
154     void sort_multipv(int n);
155
156   private:
157     static const int MaxRootMoves = 500;
158     RootMove moves[MaxRootMoves];
159     int count;
160   };
161
162
163   /// Constants
164
165   // Search depth at iteration 1
166   const Depth InitialDepth = OnePly;
167
168   // Use internal iterative deepening?
169   const bool UseIIDAtPVNodes = true;
170   const bool UseIIDAtNonPVNodes = true;
171
172   // Internal iterative deepening margin. At Non-PV moves, when
173   // UseIIDAtNonPVNodes is true, we do an internal iterative deepening
174   // search when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
175   const Value IIDMargin = Value(0x100);
176
177   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
178   // better than the second best move.
179   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
180
181   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
182   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
183   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
184
185   // If the TT move is at least SingleReplyMargin better then the
186   // remaining ones we will extend it.
187   const Value SingleReplyMargin = Value(0x20);
188
189   // Depth limit for razoring
190   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
191
192   /// Lookup tables initialized at startup
193
194   // Reduction lookup tables and their getter functions
195   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
196   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
197
198   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
199   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
200
201   // Futility lookup tables and their getter functions
202   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
203   int32_t FutilityMarginsMatrix[14][64]; // [depth][moveNumber]
204   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
205
206   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7*OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
207   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16*OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
208
209   /// Variables initialized by UCI options
210
211   // Depth limit for use of dynamic threat detection
212   Depth ThreatDepth;
213
214   // Last seconds noise filtering (LSN)
215   const bool UseLSNFiltering = true;
216   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
217   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
218   bool loseOnTime = false;
219
220   // Extensions. Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
221   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
222   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
223
224   // Iteration counters
225   int Iteration;
226
227   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
228   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
229   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
230
231   // Search window management
232   int AspirationDelta;
233
234   // MultiPV mode
235   int MultiPV;
236
237   // Time managment variables
238   int RootMoveNumber;
239   int SearchStartTime;
240   int MaxNodes, MaxDepth;
241   int MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
242   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
243   bool AbortSearch, Quit;
244   bool AspirationFailLow;
245
246   // Show current line?
247   bool ShowCurrentLine;
248
249   // Log file
250   bool UseLogFile;
251   std::ofstream LogFile;
252
253   // MP related variables
254   Depth MinimumSplitDepth;
255   int MaxThreadsPerSplitPoint;
256   ThreadsManager TM;
257
258   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different
259   // cache lines (64 bytes each) from the heavy SMP read accessed variables.
260   int NodesSincePoll;
261   int NodesBetweenPolls = 30000;
262
263   // History table
264   History H;
265
266   /// Functions
267
268   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
269   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta);
270   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
271   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
272   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
273   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
274   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
275   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
276   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
277   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
278   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
279   bool value_is_mate(Value value);
280   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
281   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
282   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
283   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
284   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
285   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
286   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
287   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
288   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
289
290   int current_search_time();
291   int nps();
292   void poll();
293   void ponderhit();
294   void wait_for_stop_or_ponderhit();
295   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
296
297 #if !defined(_MSC_VER)
298   void *init_thread(void *threadID);
299 #else
300   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
301 #endif
302
303 }
304
305
306 ////
307 //// Functions
308 ////
309
310 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
311 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
312
313 void init_threads() { TM.init_threads(); }
314 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
315 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
316
317
318 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
319 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
320
321 int perft(Position& pos, Depth depth)
322 {
323     Move move;
324     int sum = 0;
325     MovePicker mp = MovePicker(pos, MOVE_NONE, depth, H);
326
327     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
328     // the moves, just to count them.
329     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
330     {
331         while (mp.get_next_move()) sum++;
332         return sum;
333     }
334
335     // Loop through all legal moves
336     CheckInfo ci(pos);
337     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
338     {
339         StateInfo st;
340         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
341         sum += perft(pos, depth - OnePly);
342         pos.undo_move(move);
343     }
344     return sum;
345 }
346
347
348 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
349 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
350 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
351 /// when a quit command is received during the search.
352
353 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
354            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
355            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
356
357   // Initialize global search variables
358   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = false;
359   AspirationFailLow = false;
360   NodesSincePoll = 0;
361   SearchStartTime = get_system_time();
362   ExactMaxTime = maxTime;
363   MaxDepth = maxDepth;
364   MaxNodes = maxNodes;
365   InfiniteSearch = infinite;
366   PonderSearch = ponder;
367   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
368
369   // Look for a book move, only during games, not tests
370   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
371   {
372       Move bookMove;
373       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
374           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
375
376       bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
377       if (bookMove != MOVE_NONE)
378       {
379           if (PonderSearch)
380               wait_for_stop_or_ponderhit();
381
382           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
383           return true;
384       }
385   }
386
387   TM.resetNodeCounters();
388
389   if (button_was_pressed("New Game"))
390       loseOnTime = false; // Reset at the beginning of a new game
391
392   // Read UCI option values
393   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
394   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
395       TT.clear();
396
397   bool PonderingEnabled = get_option_value_bool("Ponder");
398   MultiPV = get_option_value_int("MultiPV");
399
400   CheckExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
401   CheckExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
402
403   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
404   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
405
406   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
407   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
408
409   PassedPawnExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
410   PassedPawnExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
411
412   PawnEndgameExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
413   PawnEndgameExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
414
415   MateThreatExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
416   MateThreatExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
417
418   ThreatDepth   = get_option_value_int("Threat Depth") * OnePly;
419
420   Chess960 = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
421   ShowCurrentLine = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
422   UseLogFile = get_option_value_bool("Use Search Log");
423   if (UseLogFile)
424       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
425
426   MinimumSplitDepth = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
427   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
428
429   read_weights(pos.side_to_move());
430
431   // Set the number of active threads
432   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
433   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
434   {
435       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
436       init_eval(TM.active_threads());
437       // HACK: init_eval() destroys the static castleRightsMask[] array in the
438       // Position class. The below line repairs the damage.
439       Position p(pos.to_fen());
440       assert(pos.is_ok());
441   }
442
443   // Wake up sleeping threads
444   TM.wake_sleeping_threads();
445
446   for (int i = 1; i < TM.active_threads(); i++)
447       assert(TM.thread_is_available(i, 0));
448
449   // Set thinking time
450   int myTime = time[side_to_move];
451   int myIncrement = increment[side_to_move];
452   if (UseTimeManagement)
453   {
454       if (!movesToGo) // Sudden death time control
455       {
456           if (myIncrement)
457           {
458               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
459               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
460           }
461           else // Blitz game without increment
462           {
463               MaxSearchTime = myTime / 30;
464               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
465           }
466       }
467       else // (x moves) / (y minutes)
468       {
469           if (movesToGo == 1)
470           {
471               MaxSearchTime = myTime / 2;
472               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
473           }
474           else
475           {
476               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
477               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
478           }
479       }
480
481       if (PonderingEnabled)
482       {
483           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
484           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
485       }
486   }
487
488   // Set best NodesBetweenPolls interval
489   if (MaxNodes)
490       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
491   else if (myTime && myTime < 1000)
492       NodesBetweenPolls = 1000;
493   else if (myTime && myTime < 5000)
494       NodesBetweenPolls = 5000;
495   else
496       NodesBetweenPolls = 30000;
497
498   // Write information to search log file
499   if (UseLogFile)
500       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
501               << "infinite: "  << infinite
502               << " ponder: "   << ponder
503               << " time: "     << myTime
504               << " increment: " << myIncrement
505               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
506
507   // LSN filtering. Used only for developing purpose. Disabled by default.
508   if (   UseLSNFiltering
509       && loseOnTime)
510   {
511       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
512        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
513            /* wait here */;
514   }
515
516   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
517   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
518
519   if (UseLSNFiltering)
520   {
521       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
522       // decide to lose on time.
523       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
524           && myTime < LSNTime
525           && myIncrement == 0
526           && movesToGo == 0
527           && v < -LSNValue)
528       {
529           loseOnTime = true;
530       }
531       else if (loseOnTime)
532       {
533           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
534           loseOnTime = false;
535       }
536   }
537
538   if (UseLogFile)
539       LogFile.close();
540
541   TM.put_threads_to_sleep();
542
543   return !Quit;
544 }
545
546
547 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
548
549 void init_search() {
550
551   // Init our reduction lookup tables
552   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
553       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
554       {
555           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
556           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
557           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
558           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
559       }
560
561   // Init futility margins array
562   for (int i = 0; i < 14; i++) // i == depth (OnePly = 2)
563       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
564       {
565           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j; // FIXME: test using log instead of BSR
566       }
567
568   // Init futility move count array
569   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
570       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
571 }
572
573
574 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
575 // new search from the root.
576 void SearchStack::init(int ply) {
577
578   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
579   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
580   reduction = Depth(0);
581   eval = VALUE_NONE;
582 }
583
584 void SearchStack::initKillers() {
585
586   mateKiller = MOVE_NONE;
587   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
588       killers[i] = MOVE_NONE;
589 }
590
591 namespace {
592
593   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
594   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
595   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
596   // reached.
597
598   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
599
600     Position p(pos);
601     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
602
603     // searchMoves are verified, copied, scored and sorted
604     RootMoveList rml(p, searchMoves);
605
606     // Handle special case of searching on a mate/stale position
607     if (rml.move_count() == 0)
608     {
609         if (PonderSearch)
610             wait_for_stop_or_ponderhit();
611
612         return pos.is_check()? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
613     }
614
615     // Print RootMoveList c'tor startup scoring to the standard output,
616     // so that we print information also for iteration 1.
617     cout << "info depth " << 1 << "\ninfo depth " << 1
618          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
619          << " time " << current_search_time()
620          << " nodes " << TM.nodes_searched()
621          << " nps " << nps()
622          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
623
624     // Initialize
625     TT.new_search();
626     H.clear();
627     init_ss_array(ss);
628     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
629     Iteration = 1;
630
631     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
632     Move EasyMove = MOVE_NONE;
633     if (   rml.move_count() == 1
634         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
635         EasyMove = rml.get_move(0);
636
637     // Iterative deepening loop
638     while (Iteration < PLY_MAX)
639     {
640         // Initialize iteration
641         rml.sort();
642         Iteration++;
643         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
644         if (Iteration <= 5)
645             ExtraSearchTime = 0;
646
647         cout << "info depth " << Iteration << endl;
648
649         // Calculate dynamic search window based on previous iterations
650         Value alpha, beta;
651
652         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
653         {
654             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
655             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
656
657             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
658             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
659
660             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
661             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
662         }
663         else
664         {
665             alpha = - VALUE_INFINITE;
666             beta  =   VALUE_INFINITE;
667         }
668
669         // Search to the current depth
670         Value value = root_search(p, ss, rml, alpha, beta);
671
672         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
673         // been overwritten during the search.
674         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
675
676         if (AbortSearch)
677             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
678
679         //Save info about search result
680         ValueByIteration[Iteration] = value;
681
682         // Drop the easy move if it differs from the new best move
683         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
684             EasyMove = MOVE_NONE;
685
686         if (UseTimeManagement)
687         {
688             // Time to stop?
689             bool stopSearch = false;
690
691             // Stop search early if there is only a single legal move,
692             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
693             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
694                 stopSearch = true;
695
696             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
697             if (  Iteration >= 6
698                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
699                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
700                 stopSearch = true;
701
702             // Stop search early if one move seems to be much better than the rest
703             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
704             if (   Iteration >= 8
705                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
706                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
707                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
708                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
709                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
710                 stopSearch = true;
711
712             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
713             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
714                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
715                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
716
717             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
718             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
719             // move at the next iteration anyway.
720             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
721                 stopSearch = true;
722
723             if (stopSearch)
724             {
725                 if (!PonderSearch)
726                     break;
727                 else
728                     StopOnPonderhit = true;
729             }
730         }
731
732         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
733             break;
734     }
735
736     rml.sort();
737
738     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
739     // best move before we are told to do so.
740     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
741         wait_for_stop_or_ponderhit();
742     else
743         // Print final search statistics
744         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
745              << " nps " << nps()
746              << " time " << current_search_time()
747              << " hashfull " << TT.full() << endl;
748
749     // Print the best move and the ponder move to the standard output
750     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
751     {
752         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
753         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
754     }
755     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
756     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
757         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
758
759     cout << endl;
760
761     if (UseLogFile)
762     {
763         if (dbg_show_mean)
764             dbg_print_mean(LogFile);
765
766         if (dbg_show_hit_rate)
767             dbg_print_hit_rate(LogFile);
768
769         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
770                 << "\nNodes/second: " << nps()
771                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
772
773         StateInfo st;
774         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
775         LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) << endl;
776     }
777     return rml.get_move_score(0);
778   }
779
780
781   // root_search() is the function which searches the root node. It is
782   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
783   // scheme and prints some information to the standard output.
784
785   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta) {
786
787     int64_t nodes;
788     Move move;
789     StateInfo st;
790     Depth depth, ext, newDepth;
791     Value value;
792     CheckInfo ci(pos);
793     int researchCount = 0;
794     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
795     Value alpha = oldAlpha;
796     bool isCheck = pos.is_check();
797
798     // Evaluate the position statically
799     EvalInfo ei;
800     ss[0].eval = !isCheck ? evaluate(pos, ei, 0) : VALUE_NONE;
801
802     while (1) // Fail low loop
803     {
804
805         // Loop through all the moves in the root move list
806         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
807         {
808             if (alpha >= beta)
809             {
810                 // We failed high, invalidate and skip next moves, leave node-counters
811                 // and beta-counters as they are and quickly return, we will try to do
812                 // a research at the next iteration with a bigger aspiration window.
813                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
814                 continue;
815             }
816
817             RootMoveNumber = i + 1;
818
819             // Save the current node count before the move is searched
820             nodes = TM.nodes_searched();
821
822             // Reset beta cut-off counters
823             TM.resetBetaCounters();
824
825             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
826             // the standard output.
827             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
828
829             if (current_search_time() >= 1000)
830                 cout << "info currmove " << move
831                      << " currmovenumber " << RootMoveNumber << endl;
832
833             // Decide search depth for this move
834             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
835             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
836             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
837             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
838             newDepth = depth + ext;
839
840             value = - VALUE_INFINITE;
841
842             while (1) // Fail high loop
843             {
844
845                 // Make the move, and search it
846                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
847
848                 if (i < MultiPV || value > alpha)
849                 {
850                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
851                     if (MultiPV > 1)
852                         alpha = -VALUE_INFINITE;
853
854                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
855                 }
856                 else
857                 {
858                     // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
859                     // if the move fails high will be re-searched at full depth.
860                     bool doFullDepthSearch = true;
861
862                     if (   depth >= 3*OnePly // FIXME was newDepth
863                         && !dangerous
864                         && !captureOrPromotion
865                         && !move_is_castle(move))
866                     {
867                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, RootMoveNumber - MultiPV + 1);
868                         if (ss[0].reduction)
869                         {
870                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
871                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
872                         }
873                     }
874
875                     if (doFullDepthSearch)
876                     {
877                         ss[0].reduction = Depth(0);
878                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
879
880                         if (value > alpha)
881                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
882                     }
883                 }
884
885                 pos.undo_move(move);
886
887                 // Can we exit fail high loop ?
888                 if (AbortSearch || value < beta)
889                     break;
890
891                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update score
892                 // before research in case we run out of time while researching.
893                 rml.set_move_score(i, value);
894                 update_pv(ss, 0);
895                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
896                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
897
898                 // Print search information to the standard output
899                 cout << "info depth " << Iteration
900                      << " score " << value_to_string(value)
901                      << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
902                         ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
903                      << " time "  << current_search_time()
904                      << " nodes " << TM.nodes_searched()
905                      << " nps "   << nps()
906                      << " pv ";
907
908                 for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
909                     cout << ss[0].pv[j] << " ";
910
911                 cout << endl;
912
913                 if (UseLogFile)
914                 {
915                     ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
916                                     : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
917
918                     LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
919                                          TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
920                 }
921
922                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
923                 researchCount++;
924                 beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCount), VALUE_INFINITE);
925
926             } // End of fail high loop
927
928             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
929             // was aborted because the user interrupted the search or because we
930             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
931             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
932             // move and/or PV.
933             if (AbortSearch)
934                 break;
935
936             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
937             // info is used to sort the root moves at the next iteration.
938             int64_t our, their;
939             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
940             rml.set_beta_counters(i, our, their);
941             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
942
943             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
944
945             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
946                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
947             else
948             {
949                 // PV move or new best move!
950
951                 // Update PV
952                 rml.set_move_score(i, value);
953                 update_pv(ss, 0);
954                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
955                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
956
957                 if (MultiPV == 1)
958                 {
959                     // We record how often the best move has been changed in each
960                     // iteration. This information is used for time managment: When
961                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
962                     if (i > 0)
963                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
964
965                     // Print search information to the standard output
966                     cout << "info depth " << Iteration
967                          << " score " << value_to_string(value)
968                          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
969                             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
970                          << " time "  << current_search_time()
971                          << " nodes " << TM.nodes_searched()
972                          << " nps "   << nps()
973                          << " pv ";
974
975                     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
976                         cout << ss[0].pv[j] << " ";
977
978                     cout << endl;
979
980                     if (UseLogFile)
981                     {
982                         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
983                                         : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
984
985                         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
986                                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
987                     }
988                     if (value > alpha)
989                         alpha = value;
990                 }
991                 else // MultiPV > 1
992                 {
993                     rml.sort_multipv(i);
994                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
995                     {
996                         cout << "info multipv " << j + 1
997                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
998                              << " depth " << ((j <= i)? Iteration : Iteration - 1)
999                              << " time " << current_search_time()
1000                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
1001                              << " nps " << nps()
1002                              << " pv ";
1003
1004                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1005                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1006
1007                         cout << endl;
1008                     }
1009                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV-1));
1010                 }
1011             } // PV move or new best move
1012
1013             assert(alpha >= oldAlpha);
1014
1015             AspirationFailLow = (alpha == oldAlpha);
1016
1017             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1018                 StopOnPonderhit = false;
1019         }
1020
1021         // Can we exit fail low loop ?
1022         if (AbortSearch || alpha > oldAlpha)
1023             break;
1024
1025         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1026         researchCount++;
1027         alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCount), -VALUE_INFINITE);
1028         oldAlpha = alpha;
1029
1030     } // Fail low loop
1031
1032     return alpha;
1033   }
1034
1035
1036   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1037
1038   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1039                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1040
1041     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1042     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1043     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1044     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1045
1046     Move movesSearched[256];
1047     StateInfo st;
1048     const TTEntry* tte;
1049     Move ttMove, move;
1050     Depth ext, newDepth;
1051     Value oldAlpha, value;
1052     bool isCheck, mateThreat, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1053     int moveCount = 0;
1054     Value bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1055
1056     if (depth < OnePly)
1057         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1058
1059     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1060     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1061     init_node(ss, ply, threadID);
1062
1063     // After init_node() that calls poll()
1064     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1065         return Value(0);
1066
1067     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1068         return VALUE_DRAW;
1069
1070     // Mate distance pruning
1071     oldAlpha = alpha;
1072     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1073     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1074     if (alpha >= beta)
1075         return alpha;
1076
1077     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1078     // pruning, but only for move ordering. This is to avoid problems in
1079     // the following areas:
1080     //
1081     // * Repetition draw detection
1082     // * Fifty move rule detection
1083     // * Searching for a mate
1084     // * Printing of full PV line
1085     //
1086     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1087     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1088
1089     // Go with internal iterative deepening if we don't have a TT move
1090     if (   UseIIDAtPVNodes
1091         && depth >= 5*OnePly
1092         && ttMove == MOVE_NONE)
1093     {
1094         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1095         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1096         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1097     }
1098
1099     isCheck = pos.is_check();
1100     if (!isCheck)
1101     {
1102         // Update gain statistics of the previous move that lead
1103         // us in this position.
1104         EvalInfo ei;
1105         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1106         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1107     }
1108
1109     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1110     // to search all moves
1111     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1112     CheckInfo ci(pos);
1113     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1114
1115     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff
1116     // occurs.
1117     while (   alpha < beta
1118            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1119            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1120     {
1121       assert(move_is_ok(move));
1122
1123       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1124       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1125       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1126
1127       // Decide the new search depth
1128       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1129
1130       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1131       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1132       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1133       if (   depth >= 6 * OnePly
1134           && tte
1135           && move == tte->move()
1136           && ext < OnePly
1137           && is_lower_bound(tte->type())
1138           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1139       {
1140           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1141
1142           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1143           {
1144               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1145
1146               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1147                   ext = OnePly;
1148           }
1149       }
1150
1151       newDepth = depth - OnePly + ext;
1152
1153       // Update current move
1154       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1155
1156       // Make and search the move
1157       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1158
1159       if (moveCount == 1) // The first move in list is the PV
1160           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1161       else
1162       {
1163         // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1164         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1165         bool doFullDepthSearch = true;
1166
1167         if (    depth >= 3*OnePly
1168             && !dangerous
1169             && !captureOrPromotion
1170             && !move_is_castle(move)
1171             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1172         {
1173             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1174             if (ss[ply].reduction)
1175             {
1176                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1177                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1178             }
1179         }
1180
1181         if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1182         {
1183             ss[ply].reduction = Depth(0);
1184             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1185             if (value > alpha && value < beta)
1186                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1187         }
1188       }
1189       pos.undo_move(move);
1190
1191       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1192
1193       // New best move?
1194       if (value > bestValue)
1195       {
1196           bestValue = value;
1197           if (value > alpha)
1198           {
1199               alpha = value;
1200               update_pv(ss, ply);
1201               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1202                   ss[ply].mateKiller = move;
1203           }
1204       }
1205
1206       // Split?
1207       if (   TM.active_threads() > 1
1208           && bestValue < beta
1209           && depth >= MinimumSplitDepth
1210           && Iteration <= 99
1211           && TM.idle_thread_exists(threadID)
1212           && !AbortSearch
1213           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1214           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, &beta, &bestValue, VALUE_NONE,
1215                       depth, &moveCount, &mp, threadID, true))
1216           break;
1217     }
1218
1219     // All legal moves have been searched.  A special case: If there were
1220     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1221     if (moveCount == 0)
1222         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1223
1224     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1225     // history counters, and killer moves.
1226     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1227         return bestValue;
1228
1229     if (bestValue <= oldAlpha)
1230         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1231
1232     else if (bestValue >= beta)
1233     {
1234         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1235         move = ss[ply].pv[ply];
1236         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1237         {
1238             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1239             update_killers(move, ss[ply]);
1240         }
1241         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1242     }
1243     else
1244         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1245
1246     return bestValue;
1247   }
1248
1249
1250   // search() is the search function for zero-width nodes.
1251
1252   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1253                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1254
1255     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1256     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1257     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1258
1259     Move movesSearched[256];
1260     EvalInfo ei;
1261     StateInfo st;
1262     const TTEntry* tte;
1263     Move ttMove, move;
1264     Depth ext, newDepth;
1265     Value bestValue, staticValue, nullValue, value, futilityValue, futilityValueScaled;
1266     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1267     bool mateThreat = false;
1268     int moveCount = 0;
1269     futilityValue = staticValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1270
1271     if (depth < OnePly)
1272         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1273
1274     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1275     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1276     init_node(ss, ply, threadID);
1277
1278     // After init_node() that calls poll()
1279     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1280         return Value(0);
1281
1282     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1283         return VALUE_DRAW;
1284
1285     // Mate distance pruning
1286     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1287         return beta;
1288
1289     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1290         return beta - 1;
1291
1292     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1293     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exsists.
1294     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1295
1296     // Transposition table lookup
1297     tte = TT.retrieve(posKey);
1298     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1299
1300     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1301     {
1302         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1303         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1304     }
1305
1306     isCheck = pos.is_check();
1307
1308     // Evaluate the position statically
1309     if (!isCheck)
1310     {
1311         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1312             staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1313         else
1314             staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1315
1316         ss[ply].eval = staticValue;
1317         futilityValue = staticValue + futility_margin(depth, 0); //FIXME: Remove me, only for split
1318         staticValue = refine_eval(tte, staticValue, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1319         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1320     }
1321
1322     // Static null move pruning. We're betting that the opponent doesn't have
1323     // a move that will reduce the score by more than FutilityMargins[int(depth)]
1324     // if we do a null move.
1325     if (  !isCheck
1326         && allowNullmove
1327         && depth < RazorDepth
1328         && staticValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1329         return staticValue - futility_margin(depth, 0);
1330
1331     // Null move search
1332     if (    allowNullmove
1333         &&  depth > OnePly
1334         && !isCheck
1335         && !value_is_mate(beta)
1336         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1337         &&  staticValue >= beta - NullMoveMargin)
1338     {
1339         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1340
1341         pos.do_null_move(st);
1342
1343         // Null move dynamic reduction based on depth
1344         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1345
1346         // Null move dynamic reduction based on value
1347         if (staticValue - beta > PawnValueMidgame)
1348             R++;
1349
1350         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1351
1352         pos.undo_null_move();
1353
1354         if (nullValue >= beta)
1355         {
1356             if (depth < 6 * OnePly)
1357                 return beta;
1358
1359             // Do zugzwang verification search
1360             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1361             if (v >= beta)
1362                 return beta;
1363         } else {
1364             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1365             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1366             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1367             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1368             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1369             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1370             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1371                 mateThreat = true;
1372
1373             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1374             if (   depth < ThreatDepth
1375                 && ss[ply - 1].reduction
1376                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1377                 return beta - 1;
1378         }
1379     }
1380     // Null move search not allowed, try razoring
1381     else if (   !value_is_mate(beta)
1382              && !isCheck
1383              && depth < RazorDepth
1384              && staticValue < beta - (NullMoveMargin + 16 * depth)
1385              && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1386              && ttMove == MOVE_NONE
1387              && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1388     {
1389         Value rbeta = beta - (NullMoveMargin + 16 * depth);
1390         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1391         if (v < rbeta)
1392           return v;
1393     }
1394
1395     // Go with internal iterative deepening if we don't have a TT move
1396     if (UseIIDAtNonPVNodes && ttMove == MOVE_NONE && depth >= 8*OnePly &&
1397         !isCheck && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1398     {
1399         search(pos, ss, beta, Min(depth/2, depth-2*OnePly), ply, false, threadID);
1400         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1401         tte = TT.retrieve(posKey);
1402     }
1403
1404     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1405     // to search all moves.
1406     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1407     CheckInfo ci(pos);
1408
1409     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1410     while (   bestValue < beta
1411            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1412            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1413     {
1414       assert(move_is_ok(move));
1415
1416       if (move == excludedMove)
1417           continue;
1418
1419       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1420       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1421       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1422
1423       // Decide the new search depth
1424       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1425
1426       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1427       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1428       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1429       if (   depth >= 8 * OnePly
1430           && tte
1431           && move == tte->move()
1432           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1433           && ext < OnePly
1434           && is_lower_bound(tte->type())
1435           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1436       {
1437           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1438
1439           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1440           {
1441               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1442
1443               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1444                   ext = OnePly;
1445           }
1446       }
1447
1448       newDepth = depth - OnePly + ext;
1449
1450       // Update current move
1451       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1452
1453       // Futility pruning
1454       if (   !isCheck
1455           && !dangerous
1456           && !captureOrPromotion
1457           && !move_is_castle(move)
1458           &&  move != ttMove)
1459       {
1460           // Move count based pruning
1461           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1462               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1463               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1464               continue;
1465
1466           // Value based pruning
1467           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); //FIXME: We are ignoring condition: depth >= 3*OnePly, BUG??
1468           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1469                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1470
1471           if (futilityValueScaled < beta)
1472           {
1473               if (futilityValueScaled > bestValue)
1474                   bestValue = futilityValueScaled;
1475               continue;
1476           }
1477       }
1478
1479       // Make and search the move
1480       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1481
1482       // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1483       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1484       bool doFullDepthSearch = true;
1485
1486       if (    depth >= 3*OnePly
1487           && !dangerous
1488           && !captureOrPromotion
1489           && !move_is_castle(move)
1490           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1491       {
1492           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1493           if (ss[ply].reduction)
1494           {
1495               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1496               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1497           }
1498       }
1499
1500       if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1501       {
1502           ss[ply].reduction = Depth(0);
1503           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1504       }
1505       pos.undo_move(move);
1506
1507       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1508
1509       // New best move?
1510       if (value > bestValue)
1511       {
1512           bestValue = value;
1513           if (value >= beta)
1514               update_pv(ss, ply);
1515
1516           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1517               ss[ply].mateKiller = move;
1518       }
1519
1520       // Split?
1521       if (   TM.active_threads() > 1
1522           && bestValue < beta
1523           && depth >= MinimumSplitDepth
1524           && Iteration <= 99
1525           && TM.idle_thread_exists(threadID)
1526           && !AbortSearch
1527           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1528           && TM.split(pos, ss, ply, &beta, &beta, &bestValue, futilityValue, //FIXME: SMP & futilityValue
1529                       depth, &moveCount, &mp, threadID, false))
1530           break;
1531     }
1532
1533     // All legal moves have been searched. A special case: If there were
1534     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1535     if (!moveCount)
1536         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1537
1538     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1539     // history counters, and killer moves.
1540     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1541         return bestValue;
1542
1543     if (bestValue < beta)
1544         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1545     else
1546     {
1547         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1548         move = ss[ply].pv[ply];
1549         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1550         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1551         {
1552             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1553             update_killers(move, ss[ply]);
1554         }
1555
1556     }
1557
1558     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1559
1560     return bestValue;
1561   }
1562
1563
1564   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1565   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1566   // less than OnePly).
1567
1568   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1569                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1570
1571     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1572     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1573     assert(depth <= 0);
1574     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1575     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1576
1577     EvalInfo ei;
1578     StateInfo st;
1579     Move ttMove, move;
1580     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1581     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1582     const TTEntry* tte = NULL;
1583     int moveCount = 0;
1584     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1585     Value oldAlpha = alpha;
1586
1587     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1588     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1589     init_node(ss, ply, threadID);
1590
1591     // After init_node() that calls poll()
1592     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1593         return Value(0);
1594
1595     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1596         return VALUE_DRAW;
1597
1598     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1599     // pruning, but only for move ordering.
1600     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1601     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1602
1603     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1604     {
1605         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1606
1607         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1608         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1609     }
1610
1611     isCheck = pos.is_check();
1612
1613     // Evaluate the position statically
1614     if (isCheck)
1615         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1616     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1617         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1618     else
1619         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1620
1621     if (!isCheck)
1622     {
1623         ss[ply].eval = staticValue;
1624         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1625     }
1626
1627     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1628     // at least beta.
1629     bestValue = staticValue;
1630
1631     if (bestValue >= beta)
1632     {
1633         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1634         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1635             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1636
1637         return bestValue;
1638     }
1639
1640     if (bestValue > alpha)
1641         alpha = bestValue;
1642
1643     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1644     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1645
1646     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1647     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1648     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1649     // and we are near beta) will be generated.
1650     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1651     CheckInfo ci(pos);
1652     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1653     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1654
1655     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1656     // occurs.
1657     while (   alpha < beta
1658            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1659     {
1660       assert(move_is_ok(move));
1661
1662       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1663
1664       // Update current move
1665       moveCount++;
1666       ss[ply].currentMove = move;
1667
1668       // Futility pruning
1669       if (   enoughMaterial
1670           && !isCheck
1671           && !pvNode
1672           && !moveIsCheck
1673           &&  move != ttMove
1674           && !move_is_promotion(move)
1675           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1676       {
1677           futilityValue =  futilityBase
1678                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1679                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1680
1681           if (futilityValue < alpha)
1682           {
1683               if (futilityValue > bestValue)
1684                   bestValue = futilityValue;
1685               continue;
1686           }
1687       }
1688
1689       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1690       evasionPrunable =   isCheck
1691                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1692                        && !pos.move_is_capture(move)
1693                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1694                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1695
1696       // Don't search moves with negative SEE values
1697       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1698           &&  move != ttMove
1699           && !move_is_promotion(move)
1700           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1701           continue;
1702
1703       // Make and search the move
1704       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1705       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1706       pos.undo_move(move);
1707
1708       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1709
1710       // New best move?
1711       if (value > bestValue)
1712       {
1713           bestValue = value;
1714           if (value > alpha)
1715           {
1716               alpha = value;
1717               update_pv(ss, ply);
1718           }
1719        }
1720     }
1721
1722     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1723     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1724     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1725         return value_mated_in(ply);
1726
1727     // Update transposition table
1728     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1729     if (bestValue <= oldAlpha)
1730     {
1731         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1732         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1733         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1734         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1735     }
1736     else if (bestValue >= beta)
1737     {
1738         move = ss[ply].pv[ply];
1739         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1740
1741         // Update killers only for good checking moves
1742         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1743             update_killers(move, ss[ply]);
1744     }
1745     else
1746         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1747
1748     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1749
1750     return bestValue;
1751   }
1752
1753
1754   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1755   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1756   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1757   // table, done a null move search, and searched the first move before
1758   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1759   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1760   // care of after we return from the split point.
1761
1762   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1763
1764     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1765     assert(TM.active_threads() > 1);
1766
1767     Position pos(*sp->pos);
1768     CheckInfo ci(pos);
1769     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1770     Value value = -VALUE_INFINITE;
1771     Move move;
1772     int moveCount;
1773     bool isCheck = pos.is_check();
1774     bool useFutilityPruning =     sp->depth < 7 * OnePly //FIXME: sync with search
1775                               && !isCheck;
1776
1777     while (    lock_grab_bool(&(sp->lock))
1778            &&  sp->bestValue < sp->beta
1779            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1780            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1781     {
1782       moveCount = ++sp->moves;
1783       lock_release(&(sp->lock));
1784
1785       assert(move_is_ok(move));
1786
1787       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1788       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1789
1790       ss[sp->ply].currentMove = move;
1791
1792       // Decide the new search depth
1793       bool dangerous;
1794       Depth ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1795       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1796
1797       // Prune?
1798       if (    useFutilityPruning
1799           && !dangerous
1800           && !captureOrPromotion)
1801       {
1802           // Move count based pruning
1803           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1804               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1805               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1806               continue;
1807
1808           // Value based pruning
1809           Value futilityValueScaled = sp->futilityValue - moveCount * 8; //FIXME: sync with search
1810
1811           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1812           {
1813               if (futilityValueScaled > sp->bestValue) // Less then 1% of cases
1814               {
1815                   lock_grab(&(sp->lock));
1816                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1817                       sp->bestValue = futilityValueScaled;
1818                   lock_release(&(sp->lock));
1819               }
1820               continue;
1821           }
1822       }
1823
1824       // Make and search the move.
1825       StateInfo st;
1826       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1827
1828       // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1829       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1830       bool doFullDepthSearch = true;
1831
1832       if (   !dangerous
1833           && !captureOrPromotion
1834           && !move_is_castle(move)
1835           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1836       {
1837           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1838           if (ss[sp->ply].reduction)
1839           {
1840               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1841               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta);
1842           }
1843       }
1844
1845       if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1846       {
1847           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1848           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1849       }
1850       pos.undo_move(move);
1851
1852       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1853
1854       if (TM.thread_should_stop(threadID))
1855       {
1856           lock_grab(&(sp->lock));
1857           break;
1858       }
1859
1860       // New best move?
1861       if (value > sp->bestValue) // Less then 2% of cases
1862       {
1863           lock_grab(&(sp->lock));
1864           if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1865           {
1866               sp->bestValue = value;
1867               if (sp->bestValue >= sp->beta)
1868               {
1869                   sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1870                   for (int i = 0; i < TM.active_threads(); i++)
1871                       if (i != threadID && (i == sp->master || sp->slaves[i]))
1872                           TM.set_stop_request(i);
1873
1874                   sp->finished = true;
1875               }
1876           }
1877           lock_release(&(sp->lock));
1878       }
1879     }
1880
1881     /* Here we have the lock still grabbed */
1882
1883     // If this is the master thread and we have been asked to stop because of
1884     // a beta cutoff higher up in the tree, stop all slave threads. Note that
1885     // thread_should_stop(threadID) does not imply that 'stop' flag is set, so
1886     // do this explicitly now, under lock protection.
1887     if (sp->master == threadID && TM.thread_should_stop(threadID))
1888         for (int i = 0; i < TM.active_threads(); i++)
1889             if (sp->slaves[i] || i == threadID)
1890                 TM.set_stop_request(i);
1891
1892     sp->cpus--;
1893     sp->slaves[threadID] = 0;
1894
1895     lock_release(&(sp->lock));
1896   }
1897
1898
1899   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1900   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1901   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1902   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1903   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1904   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1905   // after we return from the split point.
1906
1907   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1908
1909     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1910     assert(TM.active_threads() > 1);
1911
1912     Position pos(*sp->pos);
1913     CheckInfo ci(pos);
1914     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1915     Value value = -VALUE_INFINITE;
1916     int moveCount;
1917     Move move;
1918
1919     while (    lock_grab_bool(&(sp->lock))
1920            &&  sp->alpha < sp->beta
1921            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1922            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1923     {
1924       moveCount = ++sp->moves;
1925       lock_release(&(sp->lock));
1926
1927       assert(move_is_ok(move));
1928
1929       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1930       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1931
1932       ss[sp->ply].currentMove = move;
1933
1934       // Decide the new search depth
1935       bool dangerous;
1936       Depth ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1937       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1938
1939       // Make and search the move.
1940       StateInfo st;
1941       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1942
1943       // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1944       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1945       bool doFullDepthSearch = true;
1946
1947       if (   !dangerous
1948           && !captureOrPromotion
1949           && !move_is_castle(move)
1950           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1951       {
1952           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1953           if (ss[sp->ply].reduction)
1954           {
1955               Value localAlpha = sp->alpha;
1956               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1957               doFullDepthSearch = (value > localAlpha);
1958           }
1959       }
1960
1961       if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1962       {
1963           Value localAlpha = sp->alpha;
1964           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1965           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1966
1967           if (value > localAlpha && value < sp->beta)
1968           {
1969               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1970               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1971               localAlpha = sp->alpha;
1972               if (localAlpha < sp->beta)
1973                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
1974               else
1975                   assert(TM.thread_should_stop(threadID));
1976         }
1977       }
1978       pos.undo_move(move);
1979
1980       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1981
1982       if (TM.thread_should_stop(threadID))
1983       {
1984           lock_grab(&(sp->lock));
1985           break;
1986       }
1987
1988       // New best move?
1989       if (value > sp->bestValue) // Less then 2% of cases
1990       {
1991           lock_grab(&(sp->lock));
1992           if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1993           {
1994               sp->bestValue = value;
1995               if (value > sp->alpha)
1996               {
1997                   // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
1998                   if (value >= sp->beta)
1999                   {
2000                       for (int i = 0; i < TM.active_threads(); i++)
2001                           if (i != threadID && (i == sp->master || sp->slaves[i]))
2002                               TM.set_stop_request(i);
2003
2004                       sp->finished = true;
2005                   }
2006
2007                   sp->alpha = value;
2008
2009                   sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
2010                   if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
2011                       ss[sp->ply].mateKiller = move;
2012               }
2013           }
2014           lock_release(&(sp->lock));
2015       }
2016     }
2017
2018     /* Here we have the lock still grabbed */
2019
2020     // If this is the master thread and we have been asked to stop because of
2021     // a beta cutoff higher up in the tree, stop all slave threads. Note that
2022     // thread_should_stop(threadID) does not imply that 'stop' flag is set, so
2023     // do this explicitly now, under lock protection.
2024     if (sp->master == threadID && TM.thread_should_stop(threadID))
2025         for (int i = 0; i < TM.active_threads(); i++)
2026             if (sp->slaves[i] || i == threadID)
2027                 TM.set_stop_request(i);
2028
2029     sp->cpus--;
2030     sp->slaves[threadID] = 0;
2031
2032     lock_release(&(sp->lock));
2033   }
2034
2035
2036   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2037   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2038   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2039   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2040   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2041
2042   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2043
2044     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2045     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2046
2047     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2048
2049     if (threadID == 0)
2050     {
2051         NodesSincePoll++;
2052         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2053         {
2054             poll();
2055             NodesSincePoll = 0;
2056         }
2057     }
2058     ss[ply].init(ply);
2059     ss[ply + 2].initKillers();
2060     TM.print_current_line(ss, ply, threadID);
2061   }
2062
2063
2064   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2065   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2066   // current node.
2067
2068   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2069
2070     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2071
2072     int p;
2073
2074     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2075
2076     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2077         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2078
2079     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2080   }
2081
2082
2083   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2084   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2085   // the PV at the parent node.
2086
2087   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2088
2089     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2090
2091     int p;
2092
2093     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2094
2095     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2096         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2097
2098     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2099   }
2100
2101
2102   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2103   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2104   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2105   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2106   // second move is assumed to be a move from the current position.
2107
2108   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2109
2110     Square f1, t1, f2, t2;
2111     Piece p;
2112
2113     assert(move_is_ok(m1));
2114     assert(move_is_ok(m2));
2115
2116     if (m2 == MOVE_NONE)
2117         return false;
2118
2119     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2120     f2 = move_from(m2);
2121     t1 = move_to(m1);
2122     if (f2 == t1)
2123         return true;
2124
2125     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2126     t2 = move_to(m2);
2127     f1 = move_from(m1);
2128     if (t2 == f1)
2129         return true;
2130
2131     // Case 3: Moving through the vacated square
2132     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2133         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2134       return true;
2135
2136     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2137     p = pos.piece_on(t1);
2138     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2139         return true;
2140
2141     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2142     if (    piece_is_slider(p)
2143         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2144         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2145     {
2146         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2147         // move is the opposite of the checking piece.
2148         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2149         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2150
2151         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2152             return true;
2153     }
2154     return false;
2155   }
2156
2157
2158   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2159   // eventually compensated for the ply.
2160
2161   bool value_is_mate(Value value) {
2162
2163     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2164
2165     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2166           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2167   }
2168
2169
2170   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2171   // killer moves of that ply.
2172
2173   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2174
2175       const Move* k = ss.killers;
2176       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2177           if (*k == m)
2178               return true;
2179
2180       return false;
2181   }
2182
2183
2184   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2185   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2186   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2187   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2188   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2189   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2190
2191   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2192                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2193
2194     assert(m != MOVE_NONE);
2195
2196     Depth result = Depth(0);
2197     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2198
2199     if (*dangerous)
2200     {
2201         if (moveIsCheck)
2202             result += CheckExtension[pvNode];
2203
2204         if (singleEvasion)
2205             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2206
2207         if (mateThreat)
2208             result += MateThreatExtension[pvNode];
2209     }
2210
2211     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2212     {
2213         Color c = pos.side_to_move();
2214         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2215         {
2216             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2217             *dangerous = true;
2218         }
2219         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2220         {
2221             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2222             *dangerous = true;
2223         }
2224     }
2225
2226     if (   captureOrPromotion
2227         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2228         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2229             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2230         && !move_is_promotion(m)
2231         && !move_is_ep(m))
2232     {
2233         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2234         *dangerous = true;
2235     }
2236
2237     if (   pvNode
2238         && captureOrPromotion
2239         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2240         && pos.see_sign(m) >= 0)
2241     {
2242         result += OnePly/2;
2243         *dangerous = true;
2244     }
2245
2246     return Min(result, OnePly);
2247   }
2248
2249
2250   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2251   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2252   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2253   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2254   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2255   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2256   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2257
2258   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2259
2260     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2261   }
2262
2263
2264   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2265   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2266   // candidates for pruning.
2267
2268   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2269
2270     assert(move_is_ok(m));
2271     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2272     assert(!pos.move_is_check(m));
2273     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2274     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2275
2276     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2277
2278     // Prune if there isn't any threat move
2279     if (threat == MOVE_NONE)
2280         return true;
2281
2282     mfrom = move_from(m);
2283     mto = move_to(m);
2284     tfrom = move_from(threat);
2285     tto = move_to(threat);
2286
2287     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2288     if (mfrom == tto)
2289         return false;
2290
2291     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2292     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2293     if (   pos.move_is_capture(threat)
2294         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2295             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2296         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2297         return false;
2298
2299     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2300     // prune safe moves which block its ray.
2301     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2302         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2303         && pos.see_sign(m) >= 0)
2304         return false;
2305
2306     return true;
2307   }
2308
2309
2310   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2311   // can be used at a given point in search.
2312
2313   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2314
2315     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2316
2317     return   (   tte->depth() >= depth
2318               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2319               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2320
2321           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2322               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2323   }
2324
2325
2326   // refine_eval() returns the transposition table score if
2327   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2328
2329   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2330
2331       if (!tte)
2332           return defaultEval;
2333
2334       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2335
2336       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2337           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2338           return v;
2339
2340       return defaultEval;
2341   }
2342
2343
2344   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2345   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2346
2347   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2348                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2349
2350     Move m;
2351
2352     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2353
2354     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2355     {
2356         m = movesSearched[i];
2357
2358         assert(m != move);
2359
2360         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2361             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2362     }
2363   }
2364
2365
2366   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2367   // among the killer moves of that ply.
2368
2369   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2370
2371     if (m == ss.killers[0])
2372         return;
2373
2374     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2375         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2376
2377     ss.killers[0] = m;
2378   }
2379
2380
2381   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2382   // the static position evaluation before and after the move.
2383
2384   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2385
2386     if (   m != MOVE_NULL
2387         && before != VALUE_NONE
2388         && after != VALUE_NONE
2389         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2390         && !move_is_castle(m)
2391         && !move_is_promotion(m))
2392         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2393   }
2394
2395
2396   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2397   // since the beginning of the current search.
2398
2399   int current_search_time() {
2400
2401     return get_system_time() - SearchStartTime;
2402   }
2403
2404
2405   // nps() computes the current nodes/second count.
2406
2407   int nps() {
2408
2409     int t = current_search_time();
2410     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2411   }
2412
2413
2414   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2415   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2416   // search.
2417
2418   void poll() {
2419
2420     static int lastInfoTime;
2421     int t = current_search_time();
2422
2423     //  Poll for input
2424     if (Bioskey())
2425     {
2426         // We are line oriented, don't read single chars
2427         std::string command;
2428
2429         if (!std::getline(std::cin, command))
2430             command = "quit";
2431
2432         if (command == "quit")
2433         {
2434             AbortSearch = true;
2435             PonderSearch = false;
2436             Quit = true;
2437             return;
2438         }
2439         else if (command == "stop")
2440         {
2441             AbortSearch = true;
2442             PonderSearch = false;
2443         }
2444         else if (command == "ponderhit")
2445             ponderhit();
2446     }
2447
2448     // Print search information
2449     if (t < 1000)
2450         lastInfoTime = 0;
2451
2452     else if (lastInfoTime > t)
2453         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2454         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2455         lastInfoTime = 0;
2456
2457     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2458     {
2459         lastInfoTime = t;
2460         lock_grab(&TM.IOLock);
2461
2462         if (dbg_show_mean)
2463             dbg_print_mean();
2464
2465         if (dbg_show_hit_rate)
2466             dbg_print_hit_rate();
2467
2468         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2469              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2470
2471         lock_release(&TM.IOLock);
2472
2473         if (ShowCurrentLine)
2474             TM.threads[0].printCurrentLineRequest = true;
2475     }
2476
2477     // Should we stop the search?
2478     if (PonderSearch)
2479         return;
2480
2481     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2482                            && !AspirationFailLow
2483                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2484
2485     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2486                      || stillAtFirstMove;
2487
2488     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2489         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2490         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2491         AbortSearch = true;
2492   }
2493
2494
2495   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2496   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2497   // it correctly predicted the opponent's move.
2498
2499   void ponderhit() {
2500
2501     int t = current_search_time();
2502     PonderSearch = false;
2503
2504     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2505                            && !AspirationFailLow
2506                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2507
2508     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2509                      || stillAtFirstMove;
2510
2511     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2512         AbortSearch = true;
2513   }
2514
2515
2516   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2517
2518   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2519
2520     for (int i = 0; i < 3; i++)
2521     {
2522         ss[i].init(i);
2523         ss[i].initKillers();
2524     }
2525   }
2526
2527
2528   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2529   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2530   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2531   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2532   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2533   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2534
2535   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2536
2537     std::string command;
2538
2539     while (true)
2540     {
2541         if (!std::getline(std::cin, command))
2542             command = "quit";
2543
2544         if (command == "quit")
2545         {
2546             Quit = true;
2547             break;
2548         }
2549         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2550             break;
2551     }
2552   }
2553
2554
2555   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2556   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2557   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2558   // threads and one for Windows threads.
2559
2560 #if !defined(_MSC_VER)
2561
2562   void* init_thread(void *threadID) {
2563
2564     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2565     return NULL;
2566   }
2567
2568 #else
2569
2570   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2571
2572     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2573     return NULL;
2574   }
2575
2576 #endif
2577
2578
2579   /// The ThreadsManager class
2580
2581   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2582   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2583   // counters used to sort the moves at root.
2584
2585   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2586
2587     for (int i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2588         threads[i].nodes = 0ULL;
2589   }
2590
2591   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2592
2593     for (int i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2594         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2595   }
2596
2597   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2598
2599     int64_t result = 0ULL;
2600     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2601         result += threads[i].nodes;
2602
2603     return result;
2604   }
2605
2606   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2607
2608     our = their = 0UL;
2609     for (int i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2610     {
2611         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2612         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2613     }
2614   }
2615
2616
2617   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2618   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2619   // object for which the current thread is the master.
2620
2621   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2622
2623     assert(threadID >= 0 && threadID < THREAD_MAX);
2624
2625     threads[threadID].running = true;
2626
2627     while (!AllThreadsShouldExit || threadID == 0)
2628     {
2629         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2630         // instead of wasting CPU time polling for work.
2631         while (    threadID != 0
2632                && !AllThreadsShouldExit
2633                && (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads))
2634         {
2635
2636             threads[threadID].sleeping = true;
2637
2638 #if !defined(_MSC_VER)
2639             pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2640             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2641                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2642
2643             pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2644 #else
2645             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2646 #endif
2647         }
2648
2649         // Out of the while loop to avoid races in case thread is woken up but
2650         // while condition still holds true so that is put to sleep again.
2651         threads[threadID].sleeping = false;
2652
2653         // If this thread has been assigned work, launch a search
2654         if (threads[threadID].workIsWaiting)
2655         {
2656             assert(!threads[threadID].idle);
2657
2658             threads[threadID].workIsWaiting = false;
2659             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2660                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2661             else
2662                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2663
2664             threads[threadID].idle = true;
2665         }
2666
2667         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2668         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2669         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2670             return;
2671     }
2672
2673     threads[threadID].running = false;
2674   }
2675
2676
2677   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2678   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2679   // objects.
2680
2681   void ThreadsManager::init_threads() {
2682
2683     volatile int i;
2684     bool ok;
2685
2686 #if !defined(_MSC_VER)
2687     pthread_t pthread[1];
2688 #endif
2689
2690     // Initialize global locks
2691     lock_init(&MPLock, NULL);
2692     lock_init(&IOLock, NULL);
2693
2694     // Initialize SplitPointStack locks
2695     for (int i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2696         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2697         {
2698             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2699             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2700         }
2701
2702 #if !defined(_MSC_VER)
2703     pthread_mutex_init(&WaitLock, NULL);
2704     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2705 #else
2706     for (i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2707         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2708 #endif
2709
2710     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2711     AllThreadsShouldExit = false;
2712
2713     // Threads will be put to sleep as soon as created
2714     AllThreadsShouldSleep = true;
2715
2716     // All threads except the main thread should be initialized to idle state
2717     ActiveThreads = 1;
2718     for (i = 1; i < THREAD_MAX; i++)
2719         threads[i].idle = true;
2720
2721     // Launch the helper threads
2722     for (i = 1; i < THREAD_MAX; 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].running || !threads[i].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 = THREAD_MAX;  // HACK
2750     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2751     wake_sleeping_threads();
2752     AllThreadsShouldExit = true;
2753     for (int i = 1; i < THREAD_MAX; i++)
2754     {
2755         threads[i].stop = true;
2756         while (threads[i].running);
2757     }
2758
2759     // Now we can safely destroy the locks
2760     for (int i = 0; i < THREAD_MAX; i++)
2761         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2762             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2763   }
2764
2765
2766   // thread_should_stop() checks whether the thread with a given threadID has
2767   // been asked to stop, directly or indirectly. This can happen if a beta
2768   // cutoff has occurred in the thread's currently active split point, or in
2769   // 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     if (threads[threadID].stop)
2778         return true;
2779
2780     if (ActiveThreads <= 2)
2781         return false;
2782
2783     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp != NULL; sp = sp->parent)
2784         if (sp->finished)
2785             return true;
2786
2787     return false;
2788   }
2789
2790
2791   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2792   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2793   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2794   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2795   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2796   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2797   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2798
2799   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2800
2801     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2802     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2803     assert(ActiveThreads > 1);
2804
2805     if (!threads[slave].idle || slave == master)
2806         return false;
2807
2808     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2809     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2810
2811     if (localActiveSplitPoints == 0)
2812         // No active split points means that the thread is available as
2813         // a slave for any other thread.
2814         return true;
2815
2816     if (ActiveThreads == 2)
2817         return true;
2818
2819     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2820     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2821     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2822     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2823         return true;
2824
2825     return false;
2826   }
2827
2828
2829   // idle_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2830   // a slave for the thread with threadID "master".
2831
2832   bool ThreadsManager::idle_thread_exists(int master) const {
2833
2834     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2835     assert(ActiveThreads > 1);
2836
2837     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2838         if (thread_is_available(i, master))
2839             return true;
2840
2841     return false;
2842   }
2843
2844
2845   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2846   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2847   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2848   // split point objects), the function immediately returns false. If
2849   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2850   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2851   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2852   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2853   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2854   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2855   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2856
2857   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2858              Value* alpha, Value* beta, Value* bestValue, const Value futilityValue,
2859              Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2860
2861     assert(p.is_ok());
2862     assert(sstck != NULL);
2863     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2864     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE && *bestValue <= *alpha);
2865     assert(!pvNode || *alpha < *beta);
2866     assert(*beta <= VALUE_INFINITE);
2867     assert(depth > Depth(0));
2868     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2869     assert(ActiveThreads > 1);
2870
2871     SplitPoint* splitPoint;
2872
2873     lock_grab(&MPLock);
2874
2875     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2876     // active split points, don't split.
2877     if (   !idle_thread_exists(master)
2878         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2879     {
2880         lock_release(&MPLock);
2881         return false;
2882     }
2883
2884     // Pick the next available split point object from the split point stack
2885     splitPoint = SplitPointStack[master] + threads[master].activeSplitPoints;
2886     threads[master].activeSplitPoints++;
2887
2888     // Initialize the split point object
2889     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2890     splitPoint->finished = false;
2891     splitPoint->ply = ply;
2892     splitPoint->depth = depth;
2893     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : (*beta - 1);
2894     splitPoint->beta = *beta;
2895     splitPoint->pvNode = pvNode;
2896     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2897     splitPoint->futilityValue = futilityValue;
2898     splitPoint->master = master;
2899     splitPoint->mp = mp;
2900     splitPoint->moves = *moves;
2901     splitPoint->cpus = 1;
2902     splitPoint->pos = &p;
2903     splitPoint->parentSstack = sstck;
2904     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2905         splitPoint->slaves[i] = 0;
2906
2907     threads[master].idle = false;
2908     threads[master].stop = false;
2909     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2910
2911     // Allocate available threads setting idle flag to false
2912     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2913         if (thread_is_available(i, master))
2914         {
2915             threads[i].idle = false;
2916             threads[i].stop = false;
2917             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2918             splitPoint->slaves[i] = 1;
2919             splitPoint->cpus++;
2920         }
2921
2922     assert(splitPoint->cpus > 1);
2923
2924     // We can release the lock because master and slave threads are already booked
2925     lock_release(&MPLock);
2926
2927     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2928     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2929     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2930         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2931         {
2932             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2933             threads[i].workIsWaiting = true; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2934         }
2935
2936     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2937     // which it will instantly launch a search, because its workIsWaiting
2938     // slot is 'true'.  We send the split point as a second parameter to the
2939     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2940     // loop when all threads have finished their work at this split point
2941     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2942     idle_loop(master, splitPoint);
2943
2944     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2945     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2946     lock_grab(&MPLock);
2947
2948     if (pvNode)
2949         *alpha = splitPoint->alpha;
2950
2951     *beta = splitPoint->beta;
2952     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2953     threads[master].stop = false;
2954     threads[master].idle = false;
2955     threads[master].activeSplitPoints--;
2956     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2957
2958     lock_release(&MPLock);
2959     return true;
2960   }
2961
2962
2963   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2964   // to start a new search from the root.
2965
2966   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
2967
2968     assert(AllThreadsShouldSleep);
2969     assert(ActiveThreads > 0);
2970
2971     AllThreadsShouldSleep = false;
2972
2973     if (ActiveThreads == 1)
2974         return;
2975
2976     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2977     {
2978         assert(threads[i].sleeping == true);
2979
2980         threads[i].idle = true;
2981         threads[i].workIsWaiting = false;
2982     }
2983
2984 #if !defined(_MSC_VER)
2985     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2986     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
2987     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2988 #else
2989     for (int i = 1; i < THREAD_MAX; i++)
2990         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
2991 #endif
2992
2993     // Wait for the threads to be all woken up
2994     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2995         while (threads[i].sleeping);
2996   }
2997
2998
2999   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
3000   // to leave think(), at the end of the search. threads should have already
3001   // finished the job and should be idle.
3002
3003   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
3004
3005     assert(!AllThreadsShouldSleep);
3006
3007     AllThreadsShouldSleep = true;
3008
3009     // Wait for the threads to be all sleeping and reset flags
3010     // to a known state.
3011     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
3012     {
3013         while (!threads[i].sleeping);
3014
3015         assert(threads[i].idle);
3016         assert(threads[i].running);
3017         assert(!threads[i].workIsWaiting);
3018
3019         // These two flags can be in a random state
3020         threads[i].stop = threads[i].printCurrentLineRequest = false;
3021     }
3022   }
3023
3024   // print_current_line() prints _once_ the current line of search for a
3025   // given thread and then setup the print request for the next thread.
3026   // Called when the UCI option UCI_ShowCurrLine is 'true'.
3027
3028   void ThreadsManager::print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
3029
3030     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
3031     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
3032
3033     if (!threads[threadID].printCurrentLineRequest)
3034         return;
3035
3036     // One shot only
3037     threads[threadID].printCurrentLineRequest = false;
3038
3039     if (!threads[threadID].idle)
3040     {
3041         lock_grab(&IOLock);
3042         cout << "info currline " << (threadID + 1);
3043         for (int p = 0; p < ply; p++)
3044             cout << " " << ss[p].currentMove;
3045
3046         cout << endl;
3047         lock_release(&IOLock);
3048     }
3049
3050     // Setup print request for the next thread ID
3051     if (threadID + 1 < ActiveThreads)
3052         threads[threadID + 1].printCurrentLineRequest = true;
3053   }
3054
3055
3056   /// The RootMoveList class
3057
3058   // RootMoveList c'tor
3059
3060   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3061
3062     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3063     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3064     StateInfo st;
3065     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3066
3067     // Generate all legal moves
3068     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3069
3070     // Add each move to the moves[] array
3071     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3072     {
3073         bool includeMove = includeAllMoves;
3074
3075         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3076             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3077
3078         if (!includeMove)
3079             continue;
3080
3081         // Find a quick score for the move
3082         init_ss_array(ss);
3083         pos.do_move(cur->move, st);
3084         moves[count].move = cur->move;
3085         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3086         moves[count].pv[0] = cur->move;
3087         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3088         pos.undo_move(cur->move);
3089         count++;
3090     }
3091     sort();
3092   }
3093
3094
3095   // RootMoveList simple methods definitions
3096
3097   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3098
3099     moves[moveNum].nodes = nodes;
3100     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3101   }
3102
3103   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3104
3105     moves[moveNum].ourBeta = our;
3106     moves[moveNum].theirBeta = their;
3107   }
3108
3109   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3110
3111     int j;
3112
3113     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3114         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3115
3116     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3117   }
3118
3119
3120   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3121   // iteration.
3122
3123   void RootMoveList::sort() {
3124
3125     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3126   }
3127
3128
3129   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3130   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3131   // correctly in MultiPV mode.
3132
3133   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3134
3135     int i,j;
3136
3137     for (i = 1; i <= n; i++)
3138     {
3139         RootMove rm = moves[i];
3140         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3141             moves[j] = moves[j - 1];
3142
3143         moves[j] = rm;
3144     }
3145   }
3146
3147 } // namspace