Search code documentation, take III
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2009 Marco Costalba
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20
21 ////
22 //// Includes
23 ////
24
25 #include <cassert>
26 #include <cmath>
27 #include <cstring>
28 #include <fstream>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31
32 #include "book.h"
33 #include "evaluate.h"
34 #include "history.h"
35 #include "misc.h"
36 #include "movegen.h"
37 #include "movepick.h"
38 #include "lock.h"
39 #include "san.h"
40 #include "search.h"
41 #include "thread.h"
42 #include "tt.h"
43 #include "ucioption.h"
44
45 using std::cout;
46 using std::endl;
47
48 ////
49 //// Local definitions
50 ////
51
52 namespace {
53
54   /// Types
55
56
57   // ThreadsManager class is used to handle all the threads related stuff in search,
58   // init, starting, parking and, the most important, launching a slave thread at a
59   // split point are what this class does. All the access to shared thread data is
60   // done through this class, so that we avoid using global variables instead.
61
62   class ThreadsManager {
63     /* As long as the single ThreadsManager object is defined as a global we don't
64        need to explicitly initialize to zero its data members because variables with
65        static storage duration are automatically set to zero before enter main()
66     */
67   public:
68     void init_threads();
69     void exit_threads();
70
71     int active_threads() const { return ActiveThreads; }
72     void set_active_threads(int newActiveThreads) { ActiveThreads = newActiveThreads; }
73     void incrementNodeCounter(int threadID) { threads[threadID].nodes++; }
74     void incrementBetaCounter(Color us, Depth d, int threadID) { threads[threadID].betaCutOffs[us] += unsigned(d); }
75     void print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
76
77     void resetNodeCounters();
78     void resetBetaCounters();
79     int64_t nodes_searched() const;
80     void get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const;
81     bool available_thread_exists(int master) const;
82     bool thread_is_available(int slave, int master) const;
83     bool thread_should_stop(int threadID) const;
84     void wake_sleeping_threads();
85     void put_threads_to_sleep();
86     void idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp);
87     bool split(const Position& pos, SearchStack* ss, int ply, Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue,
88                const Value futilityValue, Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode);
89
90   private:
91     friend void poll();
92
93     int ActiveThreads;
94     volatile bool AllThreadsShouldExit, AllThreadsShouldSleep;
95     Thread threads[MAX_THREADS];
96     SplitPoint SplitPointStack[MAX_THREADS][ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX];
97
98     Lock MPLock, IOLock;
99
100 #if !defined(_MSC_VER)
101     pthread_cond_t WaitCond;
102     pthread_mutex_t WaitLock;
103 #else
104     HANDLE SitIdleEvent[MAX_THREADS];
105 #endif
106
107   };
108
109
110   // RootMove struct is used for moves at the root at the tree. For each
111   // root move, we store a score, a node count, and a PV (really a refutation
112   // in the case of moves which fail low).
113
114   struct RootMove {
115
116     RootMove() { nodes = cumulativeNodes = ourBeta = theirBeta = 0ULL; }
117
118     // RootMove::operator<() is the comparison function used when
119     // sorting the moves. A move m1 is considered to be better
120     // than a move m2 if it has a higher score, or if the moves
121     // have equal score but m1 has the higher node count.
122     bool operator<(const RootMove& m) const {
123
124         return score != m.score ? score < m.score : theirBeta <= m.theirBeta;
125     }
126
127     Move move;
128     Value score;
129     int64_t nodes, cumulativeNodes, ourBeta, theirBeta;
130     Move pv[PLY_MAX_PLUS_2];
131   };
132
133
134   // The RootMoveList class is essentially an array of RootMove objects, with
135   // a handful of methods for accessing the data in the individual moves.
136
137   class RootMoveList {
138
139   public:
140     RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]);
141
142     int move_count() const { return count; }
143     Move get_move(int moveNum) const { return moves[moveNum].move; }
144     Value get_move_score(int moveNum) const { return moves[moveNum].score; }
145     void set_move_score(int moveNum, Value score) { moves[moveNum].score = score; }
146     Move get_move_pv(int moveNum, int i) const { return moves[moveNum].pv[i]; }
147     int64_t get_move_cumulative_nodes(int moveNum) const { return moves[moveNum].cumulativeNodes; }
148
149     void set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes);
150     void set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their);
151     void set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]);
152     void sort();
153     void sort_multipv(int n);
154
155   private:
156     static const int MaxRootMoves = 500;
157     RootMove moves[MaxRootMoves];
158     int count;
159   };
160
161
162   /// Constants
163
164   // Search depth at iteration 1
165   const Depth InitialDepth = OnePly;
166
167   // Use internal iterative deepening?
168   const bool UseIIDAtPVNodes = true;
169   const bool UseIIDAtNonPVNodes = true;
170
171   // Internal iterative deepening margin. At Non-PV moves, when
172   // UseIIDAtNonPVNodes is true, we do an internal iterative deepening
173   // search when the static evaluation is at most IIDMargin below beta.
174   const Value IIDMargin = Value(0x100);
175
176   // Easy move margin. An easy move candidate must be at least this much
177   // better than the second best move.
178   const Value EasyMoveMargin = Value(0x200);
179
180   // Null move margin. A null move search will not be done if the static
181   // evaluation of the position is more than NullMoveMargin below beta.
182   const Value NullMoveMargin = Value(0x200);
183
184   // If the TT move is at least SingleReplyMargin better then the
185   // remaining ones we will extend it.
186   const Value SingleReplyMargin = Value(0x20);
187
188   // Depth limit for razoring
189   const Depth RazorDepth = 4 * OnePly;
190
191   /// Lookup tables initialized at startup
192
193   // Reduction lookup tables and their getter functions
194   int8_t    PVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
195   int8_t NonPVReductionMatrix[64][64]; // [depth][moveNumber]
196
197   inline Depth    pv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth)    PVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
198   inline Depth nonpv_reduction(Depth d, int mn) { return (Depth) NonPVReductionMatrix[Min(d / 2, 63)][Min(mn, 63)]; }
199
200   // Futility lookup tables and their getter functions
201   const Value FutilityMarginQS = Value(0x80);
202   int32_t FutilityMarginsMatrix[14][64]; // [depth][moveNumber]
203   int FutilityMoveCountArray[32]; // [depth]
204
205   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) { return Value(d < 7*OnePly ? FutilityMarginsMatrix[Max(d, 0)][Min(mn, 63)] : 2 * VALUE_INFINITE); }
206   inline int futility_move_count(Depth d) { return d < 16*OnePly ? FutilityMoveCountArray[d] : 512; }
207
208   /// Variables initialized by UCI options
209
210   // Depth limit for use of dynamic threat detection
211   Depth ThreatDepth;
212
213   // Last seconds noise filtering (LSN)
214   const bool UseLSNFiltering = true;
215   const int LSNTime = 4000; // In milliseconds
216   const Value LSNValue = value_from_centipawns(200);
217   bool loseOnTime = false;
218
219   // Extensions. Array index 0 is used at non-PV nodes, index 1 at PV nodes.
220   Depth CheckExtension[2], SingleEvasionExtension[2], PawnPushTo7thExtension[2];
221   Depth PassedPawnExtension[2], PawnEndgameExtension[2], MateThreatExtension[2];
222
223   // Iteration counters
224   int Iteration;
225
226   // Scores and number of times the best move changed for each iteration
227   Value ValueByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
228   int BestMoveChangesByIteration[PLY_MAX_PLUS_2];
229
230   // Search window management
231   int AspirationDelta;
232
233   // MultiPV mode
234   int MultiPV;
235
236   // Time managment variables
237   int RootMoveNumber;
238   int SearchStartTime;
239   int MaxNodes, MaxDepth;
240   int MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime, ExtraSearchTime, ExactMaxTime;
241   bool UseTimeManagement, InfiniteSearch, PonderSearch, StopOnPonderhit;
242   bool AbortSearch, Quit;
243   bool AspirationFailLow;
244
245   // Show current line?
246   bool ShowCurrentLine;
247
248   // Log file
249   bool UseLogFile;
250   std::ofstream LogFile;
251
252   // MP related variables
253   Depth MinimumSplitDepth;
254   int MaxThreadsPerSplitPoint;
255   ThreadsManager TM;
256
257   // Node counters, used only by thread[0] but try to keep in different
258   // cache lines (64 bytes each) from the heavy SMP read accessed variables.
259   int NodesSincePoll;
260   int NodesBetweenPolls = 30000;
261
262   // History table
263   History H;
264
265   /// Functions
266
267   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]);
268   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta);
269   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
270   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth, int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove = MOVE_NONE);
271   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta, Depth depth, int ply, int threadID);
272   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID);
273   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID);
274   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID);
275   void update_pv(SearchStack ss[], int ply);
276   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply);
277   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2);
278   bool value_is_mate(Value value);
279   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss);
280   Depth extension(const Position&, Move, bool, bool, bool, bool, bool, bool*);
281   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos);
282   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat);
283   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply);
284   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply);
285   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth, Move movesSearched[], int moveCount);
286   void update_killers(Move m, SearchStack& ss);
287   void update_gains(const Position& pos, Move move, Value before, Value after);
288
289   int current_search_time();
290   int nps();
291   void poll();
292   void ponderhit();
293   void wait_for_stop_or_ponderhit();
294   void init_ss_array(SearchStack ss[]);
295
296 #if !defined(_MSC_VER)
297   void *init_thread(void *threadID);
298 #else
299   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID);
300 #endif
301
302 }
303
304
305 ////
306 //// Functions
307 ////
308
309 /// init_threads(), exit_threads() and nodes_searched() are helpers to
310 /// give accessibility to some TM methods from outside of current file.
311
312 void init_threads() { TM.init_threads(); }
313 void exit_threads() { TM.exit_threads(); }
314 int64_t nodes_searched() { return TM.nodes_searched(); }
315
316
317 /// perft() is our utility to verify move generation is bug free. All the legal
318 /// moves up to given depth are generated and counted and the sum returned.
319
320 int perft(Position& pos, Depth depth)
321 {
322     Move move;
323     int sum = 0;
324     MovePicker mp = MovePicker(pos, MOVE_NONE, depth, H);
325
326     // If we are at the last ply we don't need to do and undo
327     // the moves, just to count them.
328     if (depth <= OnePly) // Replace with '<' to test also qsearch
329     {
330         while (mp.get_next_move()) sum++;
331         return sum;
332     }
333
334     // Loop through all legal moves
335     CheckInfo ci(pos);
336     while ((move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
337     {
338         StateInfo st;
339         pos.do_move(move, st, ci, pos.move_is_check(move, ci));
340         sum += perft(pos, depth - OnePly);
341         pos.undo_move(move);
342     }
343     return sum;
344 }
345
346
347 /// think() is the external interface to Stockfish's search, and is called when
348 /// the program receives the UCI 'go' command. It initializes various
349 /// search-related global variables, and calls root_search(). It returns false
350 /// when a quit command is received during the search.
351
352 bool think(const Position& pos, bool infinite, bool ponder, int side_to_move,
353            int time[], int increment[], int movesToGo, int maxDepth,
354            int maxNodes, int maxTime, Move searchMoves[]) {
355
356   // Initialize global search variables
357   StopOnPonderhit = AbortSearch = Quit = false;
358   AspirationFailLow = false;
359   NodesSincePoll = 0;
360   SearchStartTime = get_system_time();
361   ExactMaxTime = maxTime;
362   MaxDepth = maxDepth;
363   MaxNodes = maxNodes;
364   InfiniteSearch = infinite;
365   PonderSearch = ponder;
366   UseTimeManagement = !ExactMaxTime && !MaxDepth && !MaxNodes && !InfiniteSearch;
367
368   // Look for a book move, only during games, not tests
369   if (UseTimeManagement && get_option_value_bool("OwnBook"))
370   {
371       Move bookMove;
372       if (get_option_value_string("Book File") != OpeningBook.file_name())
373           OpeningBook.open(get_option_value_string("Book File"));
374
375       bookMove = OpeningBook.get_move(pos);
376       if (bookMove != MOVE_NONE)
377       {
378           if (PonderSearch)
379               wait_for_stop_or_ponderhit();
380
381           cout << "bestmove " << bookMove << endl;
382           return true;
383       }
384   }
385
386   TM.resetNodeCounters();
387
388   if (button_was_pressed("New Game"))
389       loseOnTime = false; // Reset at the beginning of a new game
390
391   // Read UCI option values
392   TT.set_size(get_option_value_int("Hash"));
393   if (button_was_pressed("Clear Hash"))
394       TT.clear();
395
396   bool PonderingEnabled = get_option_value_bool("Ponder");
397   MultiPV = get_option_value_int("MultiPV");
398
399   CheckExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (PV nodes)"));
400   CheckExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Check Extension (non-PV nodes)"));
401
402   SingleEvasionExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (PV nodes)"));
403   SingleEvasionExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Single Evasion Extension (non-PV nodes)"));
404
405   PawnPushTo7thExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (PV nodes)"));
406   PawnPushTo7thExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Push to 7th Extension (non-PV nodes)"));
407
408   PassedPawnExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (PV nodes)"));
409   PassedPawnExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Passed Pawn Extension (non-PV nodes)"));
410
411   PawnEndgameExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (PV nodes)"));
412   PawnEndgameExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Pawn Endgame Extension (non-PV nodes)"));
413
414   MateThreatExtension[1] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (PV nodes)"));
415   MateThreatExtension[0] = Depth(get_option_value_int("Mate Threat Extension (non-PV nodes)"));
416
417   ThreatDepth   = get_option_value_int("Threat Depth") * OnePly;
418
419   Chess960 = get_option_value_bool("UCI_Chess960");
420   ShowCurrentLine = get_option_value_bool("UCI_ShowCurrLine");
421   UseLogFile = get_option_value_bool("Use Search Log");
422   if (UseLogFile)
423       LogFile.open(get_option_value_string("Search Log Filename").c_str(), std::ios::out | std::ios::app);
424
425   MinimumSplitDepth = get_option_value_int("Minimum Split Depth") * OnePly;
426   MaxThreadsPerSplitPoint = get_option_value_int("Maximum Number of Threads per Split Point");
427
428   read_weights(pos.side_to_move());
429
430   // Set the number of active threads
431   int newActiveThreads = get_option_value_int("Threads");
432   if (newActiveThreads != TM.active_threads())
433   {
434       TM.set_active_threads(newActiveThreads);
435       init_eval(TM.active_threads());
436       // HACK: init_eval() destroys the static castleRightsMask[] array in the
437       // Position class. The below line repairs the damage.
438       Position p(pos.to_fen());
439       assert(pos.is_ok());
440   }
441
442   // Wake up sleeping threads
443   TM.wake_sleeping_threads();
444
445   // Set thinking time
446   int myTime = time[side_to_move];
447   int myIncrement = increment[side_to_move];
448   if (UseTimeManagement)
449   {
450       if (!movesToGo) // Sudden death time control
451       {
452           if (myIncrement)
453           {
454               MaxSearchTime = myTime / 30 + myIncrement;
455               AbsoluteMaxSearchTime = Max(myTime / 4, myIncrement - 100);
456           }
457           else // Blitz game without increment
458           {
459               MaxSearchTime = myTime / 30;
460               AbsoluteMaxSearchTime = myTime / 8;
461           }
462       }
463       else // (x moves) / (y minutes)
464       {
465           if (movesToGo == 1)
466           {
467               MaxSearchTime = myTime / 2;
468               AbsoluteMaxSearchTime = (myTime > 3000)? (myTime - 500) : ((myTime * 3) / 4);
469           }
470           else
471           {
472               MaxSearchTime = myTime / Min(movesToGo, 20);
473               AbsoluteMaxSearchTime = Min((4 * myTime) / movesToGo, myTime / 3);
474           }
475       }
476
477       if (PonderingEnabled)
478       {
479           MaxSearchTime += MaxSearchTime / 4;
480           MaxSearchTime = Min(MaxSearchTime, AbsoluteMaxSearchTime);
481       }
482   }
483
484   // Set best NodesBetweenPolls interval
485   if (MaxNodes)
486       NodesBetweenPolls = Min(MaxNodes, 30000);
487   else if (myTime && myTime < 1000)
488       NodesBetweenPolls = 1000;
489   else if (myTime && myTime < 5000)
490       NodesBetweenPolls = 5000;
491   else
492       NodesBetweenPolls = 30000;
493
494   // Write information to search log file
495   if (UseLogFile)
496       LogFile << "Searching: " << pos.to_fen() << endl
497               << "infinite: "  << infinite
498               << " ponder: "   << ponder
499               << " time: "     << myTime
500               << " increment: " << myIncrement
501               << " moves to go: " << movesToGo << endl;
502
503   // LSN filtering. Used only for developing purpose. Disabled by default.
504   if (   UseLSNFiltering
505       && loseOnTime)
506   {
507       // Step 2. If after last move we decided to lose on time, do it now!
508        while (SearchStartTime + myTime + 1000 > get_system_time())
509            /* wait here */;
510   }
511
512   // We're ready to start thinking. Call the iterative deepening loop function
513   Value v = id_loop(pos, searchMoves);
514
515   if (UseLSNFiltering)
516   {
517       // Step 1. If this is sudden death game and our position is hopeless,
518       // decide to lose on time.
519       if (   !loseOnTime // If we already lost on time, go to step 3.
520           && myTime < LSNTime
521           && myIncrement == 0
522           && movesToGo == 0
523           && v < -LSNValue)
524       {
525           loseOnTime = true;
526       }
527       else if (loseOnTime)
528       {
529           // Step 3. Now after stepping over the time limit, reset flag for next match.
530           loseOnTime = false;
531       }
532   }
533
534   if (UseLogFile)
535       LogFile.close();
536
537   TM.put_threads_to_sleep();
538
539   return !Quit;
540 }
541
542
543 /// init_search() is called during startup. It initializes various lookup tables
544
545 void init_search() {
546
547   // Init our reduction lookup tables
548   for (int i = 1; i < 64; i++) // i == depth (OnePly = 1)
549       for (int j = 1; j < 64; j++) // j == moveNumber
550       {
551           double    pvRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 6.0;
552           double nonPVRed = 0.5 + log(double(i)) * log(double(j)) / 3.0;
553           PVReductionMatrix[i][j]    = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(OnePly)) : 0);
554           NonPVReductionMatrix[i][j] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(OnePly)) : 0);
555       }
556
557   // Init futility margins array
558   for (int i = 0; i < 14; i++) // i == depth (OnePly = 2)
559       for (int j = 0; j < 64; j++) // j == moveNumber
560       {
561           FutilityMarginsMatrix[i][j] = (i < 2 ? 0 : 112 * bitScanReverse32(i * i / 2)) - 8 * j; // FIXME: test using log instead of BSR
562       }
563
564   // Init futility move count array
565   for (int i = 0; i < 32; i++) // i == depth (OnePly = 2)
566       FutilityMoveCountArray[i] = 3 + (1 << (3 * i / 8));
567 }
568
569
570 // SearchStack::init() initializes a search stack. Used at the beginning of a
571 // new search from the root.
572 void SearchStack::init(int ply) {
573
574   pv[ply] = pv[ply + 1] = MOVE_NONE;
575   currentMove = threatMove = MOVE_NONE;
576   reduction = Depth(0);
577   eval = VALUE_NONE;
578 }
579
580 void SearchStack::initKillers() {
581
582   mateKiller = MOVE_NONE;
583   for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++)
584       killers[i] = MOVE_NONE;
585 }
586
587 namespace {
588
589   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls root_search
590   // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has
591   // been consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is
592   // reached.
593
594   Value id_loop(const Position& pos, Move searchMoves[]) {
595
596     Position p(pos);
597     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
598
599     // searchMoves are verified, copied, scored and sorted
600     RootMoveList rml(p, searchMoves);
601
602     // Handle special case of searching on a mate/stale position
603     if (rml.move_count() == 0)
604     {
605         if (PonderSearch)
606             wait_for_stop_or_ponderhit();
607
608         return pos.is_check()? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW;
609     }
610
611     // Print RootMoveList c'tor startup scoring to the standard output,
612     // so that we print information also for iteration 1.
613     cout << "info depth " << 1 << "\ninfo depth " << 1
614          << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(0))
615          << " time " << current_search_time()
616          << " nodes " << TM.nodes_searched()
617          << " nps " << nps()
618          << " pv " << rml.get_move(0) << "\n";
619
620     // Initialize
621     TT.new_search();
622     H.clear();
623     init_ss_array(ss);
624     ValueByIteration[1] = rml.get_move_score(0);
625     Iteration = 1;
626
627     // Is one move significantly better than others after initial scoring ?
628     Move EasyMove = MOVE_NONE;
629     if (   rml.move_count() == 1
630         || rml.get_move_score(0) > rml.get_move_score(1) + EasyMoveMargin)
631         EasyMove = rml.get_move(0);
632
633     // Iterative deepening loop
634     while (Iteration < PLY_MAX)
635     {
636         // Initialize iteration
637         rml.sort();
638         Iteration++;
639         BestMoveChangesByIteration[Iteration] = 0;
640         if (Iteration <= 5)
641             ExtraSearchTime = 0;
642
643         cout << "info depth " << Iteration << endl;
644
645         // Calculate dynamic search window based on previous iterations
646         Value alpha, beta;
647
648         if (MultiPV == 1 && Iteration >= 6 && abs(ValueByIteration[Iteration - 1]) < VALUE_KNOWN_WIN)
649         {
650             int prevDelta1 = ValueByIteration[Iteration - 1] - ValueByIteration[Iteration - 2];
651             int prevDelta2 = ValueByIteration[Iteration - 2] - ValueByIteration[Iteration - 3];
652
653             AspirationDelta = Max(abs(prevDelta1) + abs(prevDelta2) / 2, 16);
654             AspirationDelta = (AspirationDelta + 7) / 8 * 8; // Round to match grainSize
655
656             alpha = Max(ValueByIteration[Iteration - 1] - AspirationDelta, -VALUE_INFINITE);
657             beta  = Min(ValueByIteration[Iteration - 1] + AspirationDelta,  VALUE_INFINITE);
658         }
659         else
660         {
661             alpha = - VALUE_INFINITE;
662             beta  =   VALUE_INFINITE;
663         }
664
665         // Search to the current depth
666         Value value = root_search(p, ss, rml, alpha, beta);
667
668         // Write PV to transposition table, in case the relevant entries have
669         // been overwritten during the search.
670         TT.insert_pv(p, ss[0].pv);
671
672         if (AbortSearch)
673             break; // Value cannot be trusted. Break out immediately!
674
675         //Save info about search result
676         ValueByIteration[Iteration] = value;
677
678         // Drop the easy move if it differs from the new best move
679         if (ss[0].pv[0] != EasyMove)
680             EasyMove = MOVE_NONE;
681
682         if (UseTimeManagement)
683         {
684             // Time to stop?
685             bool stopSearch = false;
686
687             // Stop search early if there is only a single legal move,
688             // we search up to Iteration 6 anyway to get a proper score.
689             if (Iteration >= 6 && rml.move_count() == 1)
690                 stopSearch = true;
691
692             // Stop search early when the last two iterations returned a mate score
693             if (  Iteration >= 6
694                 && abs(ValueByIteration[Iteration]) >= abs(VALUE_MATE) - 100
695                 && abs(ValueByIteration[Iteration-1]) >= abs(VALUE_MATE) - 100)
696                 stopSearch = true;
697
698             // Stop search early if one move seems to be much better than the rest
699             int64_t nodes = TM.nodes_searched();
700             if (   Iteration >= 8
701                 && EasyMove == ss[0].pv[0]
702                 && (  (   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 85) / 100
703                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 16)
704                     ||(   rml.get_move_cumulative_nodes(0) > (nodes * 98) / 100
705                        && current_search_time() > MaxSearchTime / 32)))
706                 stopSearch = true;
707
708             // Add some extra time if the best move has changed during the last two iterations
709             if (Iteration > 5 && Iteration <= 50)
710                 ExtraSearchTime = BestMoveChangesByIteration[Iteration]   * (MaxSearchTime / 2)
711                                 + BestMoveChangesByIteration[Iteration-1] * (MaxSearchTime / 3);
712
713             // Stop search if most of MaxSearchTime is consumed at the end of the
714             // iteration. We probably don't have enough time to search the first
715             // move at the next iteration anyway.
716             if (current_search_time() > ((MaxSearchTime + ExtraSearchTime) * 80) / 128)
717                 stopSearch = true;
718
719             if (stopSearch)
720             {
721                 if (!PonderSearch)
722                     break;
723                 else
724                     StopOnPonderhit = true;
725             }
726         }
727
728         if (MaxDepth && Iteration >= MaxDepth)
729             break;
730     }
731
732     rml.sort();
733
734     // If we are pondering or in infinite search, we shouldn't print the
735     // best move before we are told to do so.
736     if (!AbortSearch && (PonderSearch || InfiniteSearch))
737         wait_for_stop_or_ponderhit();
738     else
739         // Print final search statistics
740         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched()
741              << " nps " << nps()
742              << " time " << current_search_time()
743              << " hashfull " << TT.full() << endl;
744
745     // Print the best move and the ponder move to the standard output
746     if (ss[0].pv[0] == MOVE_NONE)
747     {
748         ss[0].pv[0] = rml.get_move(0);
749         ss[0].pv[1] = MOVE_NONE;
750     }
751     cout << "bestmove " << ss[0].pv[0];
752     if (ss[0].pv[1] != MOVE_NONE)
753         cout << " ponder " << ss[0].pv[1];
754
755     cout << endl;
756
757     if (UseLogFile)
758     {
759         if (dbg_show_mean)
760             dbg_print_mean(LogFile);
761
762         if (dbg_show_hit_rate)
763             dbg_print_hit_rate(LogFile);
764
765         LogFile << "\nNodes: " << TM.nodes_searched()
766                 << "\nNodes/second: " << nps()
767                 << "\nBest move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[0]);
768
769         StateInfo st;
770         p.do_move(ss[0].pv[0], st);
771         LogFile << "\nPonder move: " << move_to_san(p, ss[0].pv[1]) << endl;
772     }
773     return rml.get_move_score(0);
774   }
775
776
777   // root_search() is the function which searches the root node. It is
778   // similar to search_pv except that it uses a different move ordering
779   // scheme and prints some information to the standard output.
780
781   Value root_search(Position& pos, SearchStack ss[], RootMoveList& rml, Value& oldAlpha, Value& beta) {
782
783     int64_t nodes;
784     Move move;
785     StateInfo st;
786     Depth depth, ext, newDepth;
787     Value value;
788     CheckInfo ci(pos);
789     int researchCount = 0;
790     bool moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
791     Value alpha = oldAlpha;
792     bool isCheck = pos.is_check();
793
794     // Evaluate the position statically
795     EvalInfo ei;
796     ss[0].eval = !isCheck ? evaluate(pos, ei, 0) : VALUE_NONE;
797
798     while (1) // Fail low loop
799     {
800
801         // Loop through all the moves in the root move list
802         for (int i = 0; i <  rml.move_count() && !AbortSearch; i++)
803         {
804             if (alpha >= beta)
805             {
806                 // We failed high, invalidate and skip next moves, leave node-counters
807                 // and beta-counters as they are and quickly return, we will try to do
808                 // a research at the next iteration with a bigger aspiration window.
809                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
810                 continue;
811             }
812
813             RootMoveNumber = i + 1;
814
815             // Save the current node count before the move is searched
816             nodes = TM.nodes_searched();
817
818             // Reset beta cut-off counters
819             TM.resetBetaCounters();
820
821             // Pick the next root move, and print the move and the move number to
822             // the standard output.
823             move = ss[0].currentMove = rml.get_move(i);
824
825             if (current_search_time() >= 1000)
826                 cout << "info currmove " << move
827                      << " currmovenumber " << RootMoveNumber << endl;
828
829             // Decide search depth for this move
830             moveIsCheck = pos.move_is_check(move);
831             captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
832             depth = (Iteration - 2) * OnePly + InitialDepth;
833             ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
834             newDepth = depth + ext;
835
836             value = - VALUE_INFINITE;
837
838             while (1) // Fail high loop
839             {
840
841                 // Make the move, and search it
842                 pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
843
844                 if (i < MultiPV || value > alpha)
845                 {
846                     // Aspiration window is disabled in multi-pv case
847                     if (MultiPV > 1)
848                         alpha = -VALUE_INFINITE;
849
850                     value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
851                 }
852                 else
853                 {
854                     // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
855                     // if the move fails high will be re-searched at full depth.
856                     bool doFullDepthSearch = true;
857
858                     if (   depth >= 3*OnePly // FIXME was newDepth
859                         && !dangerous
860                         && !captureOrPromotion
861                         && !move_is_castle(move))
862                     {
863                         ss[0].reduction = pv_reduction(depth, RootMoveNumber - MultiPV + 1);
864                         if (ss[0].reduction)
865                         {
866                             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[0].reduction, 1, true, 0);
867                             doFullDepthSearch = (value > alpha);
868                         }
869                     }
870
871                     if (doFullDepthSearch)
872                     {
873                         ss[0].reduction = Depth(0);
874                         value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, 1, true, 0);
875
876                         if (value > alpha)
877                             value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, 1, 0);
878                     }
879                 }
880
881                 pos.undo_move(move);
882
883                 // Can we exit fail high loop ?
884                 if (AbortSearch || value < beta)
885                     break;
886
887                 // We are failing high and going to do a research. It's important to update score
888                 // before research in case we run out of time while researching.
889                 rml.set_move_score(i, value);
890                 update_pv(ss, 0);
891                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
892                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
893
894                 // Print search information to the standard output
895                 cout << "info depth " << Iteration
896                      << " score " << value_to_string(value)
897                      << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
898                         ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
899                      << " time "  << current_search_time()
900                      << " nodes " << TM.nodes_searched()
901                      << " nps "   << nps()
902                      << " pv ";
903
904                 for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
905                     cout << ss[0].pv[j] << " ";
906
907                 cout << endl;
908
909                 if (UseLogFile)
910                 {
911                     ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
912                                     : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
913
914                     LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
915                                          TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
916                 }
917
918                 // Prepare for a research after a fail high, each time with a wider window
919                 researchCount++;
920                 beta = Min(beta + AspirationDelta * (1 << researchCount), VALUE_INFINITE);
921
922             } // End of fail high loop
923
924             // Finished searching the move. If AbortSearch is true, the search
925             // was aborted because the user interrupted the search or because we
926             // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
927             // be trusted, and we break out of the loop without updating the best
928             // move and/or PV.
929             if (AbortSearch)
930                 break;
931
932             // Remember beta-cutoff and searched nodes counts for this move. The
933             // info is used to sort the root moves at the next iteration.
934             int64_t our, their;
935             TM.get_beta_counters(pos.side_to_move(), our, their);
936             rml.set_beta_counters(i, our, their);
937             rml.set_move_nodes(i, TM.nodes_searched() - nodes);
938
939             assert(value >= -VALUE_INFINITE && value <= VALUE_INFINITE);
940
941             if (value <= alpha && i >= MultiPV)
942                 rml.set_move_score(i, -VALUE_INFINITE);
943             else
944             {
945                 // PV move or new best move!
946
947                 // Update PV
948                 rml.set_move_score(i, value);
949                 update_pv(ss, 0);
950                 TT.extract_pv(pos, ss[0].pv, PLY_MAX);
951                 rml.set_move_pv(i, ss[0].pv);
952
953                 if (MultiPV == 1)
954                 {
955                     // We record how often the best move has been changed in each
956                     // iteration. This information is used for time managment: When
957                     // the best move changes frequently, we allocate some more time.
958                     if (i > 0)
959                         BestMoveChangesByIteration[Iteration]++;
960
961                     // Print search information to the standard output
962                     cout << "info depth " << Iteration
963                          << " score " << value_to_string(value)
964                          << ((value >= beta) ? " lowerbound" :
965                             ((value <= alpha)? " upperbound" : ""))
966                          << " time "  << current_search_time()
967                          << " nodes " << TM.nodes_searched()
968                          << " nps "   << nps()
969                          << " pv ";
970
971                     for (int j = 0; ss[0].pv[j] != MOVE_NONE && j < PLY_MAX; j++)
972                         cout << ss[0].pv[j] << " ";
973
974                     cout << endl;
975
976                     if (UseLogFile)
977                     {
978                         ValueType type =  (value >= beta  ? VALUE_TYPE_LOWER
979                                         : (value <= alpha ? VALUE_TYPE_UPPER : VALUE_TYPE_EXACT));
980
981                         LogFile << pretty_pv(pos, current_search_time(), Iteration,
982                                              TM.nodes_searched(), value, type, ss[0].pv) << endl;
983                     }
984                     if (value > alpha)
985                         alpha = value;
986                 }
987                 else // MultiPV > 1
988                 {
989                     rml.sort_multipv(i);
990                     for (int j = 0; j < Min(MultiPV, rml.move_count()); j++)
991                     {
992                         cout << "info multipv " << j + 1
993                              << " score " << value_to_string(rml.get_move_score(j))
994                              << " depth " << ((j <= i)? Iteration : Iteration - 1)
995                              << " time " << current_search_time()
996                              << " nodes " << TM.nodes_searched()
997                              << " nps " << nps()
998                              << " pv ";
999
1000                         for (int k = 0; rml.get_move_pv(j, k) != MOVE_NONE && k < PLY_MAX; k++)
1001                             cout << rml.get_move_pv(j, k) << " ";
1002
1003                         cout << endl;
1004                     }
1005                     alpha = rml.get_move_score(Min(i, MultiPV-1));
1006                 }
1007             } // PV move or new best move
1008
1009             assert(alpha >= oldAlpha);
1010
1011             AspirationFailLow = (alpha == oldAlpha);
1012
1013             if (AspirationFailLow && StopOnPonderhit)
1014                 StopOnPonderhit = false;
1015         }
1016
1017         // Can we exit fail low loop ?
1018         if (AbortSearch || alpha > oldAlpha)
1019             break;
1020
1021         // Prepare for a research after a fail low, each time with a wider window
1022         researchCount++;
1023         alpha = Max(alpha - AspirationDelta * (1 << researchCount), -VALUE_INFINITE);
1024         oldAlpha = alpha;
1025
1026     } // Fail low loop
1027
1028     return alpha;
1029   }
1030
1031
1032   // search_pv() is the main search function for PV nodes.
1033
1034   Value search_pv(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1035                   Depth depth, int ply, int threadID) {
1036
1037     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1038     assert(beta > alpha && beta <= VALUE_INFINITE);
1039     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1040     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1041
1042     Move movesSearched[256];
1043     StateInfo st;
1044     const TTEntry* tte;
1045     Move ttMove, move;
1046     Depth ext, newDepth;
1047     Value oldAlpha, value;
1048     bool isCheck, mateThreat, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1049     int moveCount = 0;
1050     Value bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1051
1052     if (depth < OnePly)
1053         return qsearch(pos, ss, alpha, beta, Depth(0), ply, threadID);
1054
1055     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1056     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1057     init_node(ss, ply, threadID);
1058
1059     // After init_node() that calls poll()
1060     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1061         return Value(0);
1062
1063     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1064         return VALUE_DRAW;
1065
1066     // Mate distance pruning
1067     oldAlpha = alpha;
1068     alpha = Max(value_mated_in(ply), alpha);
1069     beta = Min(value_mate_in(ply+1), beta);
1070     if (alpha >= beta)
1071         return alpha;
1072
1073     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1074     // pruning, but only for move ordering. This is to avoid problems in
1075     // the following areas:
1076     //
1077     // * Repetition draw detection
1078     // * Fifty move rule detection
1079     // * Searching for a mate
1080     // * Printing of full PV line
1081     //
1082     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1083     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1084
1085     // Go with internal iterative deepening if we don't have a TT move
1086     if (   UseIIDAtPVNodes
1087         && depth >= 5*OnePly
1088         && ttMove == MOVE_NONE)
1089     {
1090         search_pv(pos, ss, alpha, beta, depth-2*OnePly, ply, threadID);
1091         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1092         tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1093     }
1094
1095     isCheck = pos.is_check();
1096     if (!isCheck)
1097     {
1098         // Update gain statistics of the previous move that lead
1099         // us in this position.
1100         EvalInfo ei;
1101         ss[ply].eval = evaluate(pos, ei, threadID);
1102         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1103     }
1104
1105     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1106     // to search all moves
1107     mateThreat = pos.has_mate_threat(opposite_color(pos.side_to_move()));
1108     CheckInfo ci(pos);
1109     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1110
1111     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff
1112     // occurs.
1113     while (   alpha < beta
1114            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1115            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1116     {
1117       assert(move_is_ok(move));
1118
1119       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1120       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1121       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1122
1123       // Decide the new search depth
1124       ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1125
1126       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1127       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1128       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1129       if (   depth >= 6 * OnePly
1130           && tte
1131           && move == tte->move()
1132           && ext < OnePly
1133           && is_lower_bound(tte->type())
1134           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1135       {
1136           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1137
1138           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1139           {
1140               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1141
1142               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1143                   ext = OnePly;
1144           }
1145       }
1146
1147       newDepth = depth - OnePly + ext;
1148
1149       // Update current move
1150       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1151
1152       // Make and search the move
1153       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1154
1155       if (moveCount == 1) // The first move in list is the PV
1156           value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1157       else
1158       {
1159         // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1160         // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1161         bool doFullDepthSearch = true;
1162
1163         if (    depth >= 3*OnePly
1164             && !dangerous
1165             && !captureOrPromotion
1166             && !move_is_castle(move)
1167             && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1168         {
1169             ss[ply].reduction = pv_reduction(depth, moveCount);
1170             if (ss[ply].reduction)
1171             {
1172                 value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1173                 doFullDepthSearch = (value > alpha);
1174             }
1175         }
1176
1177         if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1178         {
1179             ss[ply].reduction = Depth(0);
1180             value = -search(pos, ss, -alpha, newDepth, ply+1, true, threadID);
1181             if (value > alpha && value < beta)
1182                 value = -search_pv(pos, ss, -beta, -alpha, newDepth, ply+1, threadID);
1183         }
1184       }
1185       pos.undo_move(move);
1186
1187       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1188
1189       // New best move?
1190       if (value > bestValue)
1191       {
1192           bestValue = value;
1193           if (value > alpha)
1194           {
1195               alpha = value;
1196               update_pv(ss, ply);
1197               if (value == value_mate_in(ply + 1))
1198                   ss[ply].mateKiller = move;
1199           }
1200       }
1201
1202       // Split?
1203       if (   TM.active_threads() > 1
1204           && bestValue < beta
1205           && depth >= MinimumSplitDepth
1206           && Iteration <= 99
1207           && TM.available_thread_exists(threadID)
1208           && !AbortSearch
1209           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1210           && TM.split(pos, ss, ply, &alpha, beta, &bestValue, VALUE_NONE,
1211                       depth, &moveCount, &mp, threadID, true))
1212           break;
1213     }
1214
1215     // All legal moves have been searched.  A special case: If there were
1216     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1217     if (moveCount == 0)
1218         return (isCheck ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1219
1220     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1221     // history counters, and killer moves.
1222     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1223         return bestValue;
1224
1225     if (bestValue <= oldAlpha)
1226         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1227
1228     else if (bestValue >= beta)
1229     {
1230         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1231         move = ss[ply].pv[ply];
1232         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1233         {
1234             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1235             update_killers(move, ss[ply]);
1236         }
1237         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1238     }
1239     else
1240         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, depth, ss[ply].pv[ply]);
1241
1242     return bestValue;
1243   }
1244
1245
1246   // search() is the search function for zero-width nodes.
1247
1248   Value search(Position& pos, SearchStack ss[], Value beta, Depth depth,
1249                int ply, bool allowNullmove, int threadID, Move excludedMove) {
1250
1251     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1252     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1253     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1254
1255     Move movesSearched[256];
1256     EvalInfo ei;
1257     StateInfo st;
1258     const TTEntry* tte;
1259     Move ttMove, move;
1260     Depth ext, newDepth;
1261     Value bestValue, staticValue, nullValue, value, futilityValue, futilityValueScaled;
1262     bool isCheck, singleEvasion, moveIsCheck, captureOrPromotion, dangerous;
1263     bool mateThreat = false;
1264     int moveCount = 0;
1265     futilityValue = staticValue = bestValue = value = -VALUE_INFINITE;
1266
1267     if (depth < OnePly)
1268         return qsearch(pos, ss, beta-1, beta, Depth(0), ply, threadID);
1269
1270     // Step 1. Initialize node and poll
1271     // Polling can abort search.
1272     init_node(ss, ply, threadID);
1273
1274     // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
1275     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1276         return Value(0);
1277
1278     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1279         return VALUE_DRAW;
1280
1281     // Step 3. Mate distance pruning
1282     if (value_mated_in(ply) >= beta)
1283         return beta;
1284
1285     if (value_mate_in(ply + 1) < beta)
1286         return beta - 1;
1287
1288     // Step 4. Transposition table lookup
1289
1290     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
1291     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move exsists.
1292     Key posKey = excludedMove ? pos.get_exclusion_key() : pos.get_key();
1293
1294     tte = TT.retrieve(posKey);
1295     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1296
1297     if (tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1298     {
1299         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1300         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1301     }
1302
1303     // Step 5. Evaluate the position statically
1304     isCheck = pos.is_check();
1305
1306     if (!isCheck)
1307     {
1308         if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1309             staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1310         else
1311             staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1312
1313         ss[ply].eval = staticValue;
1314         futilityValue = staticValue + futility_margin(depth, 0); //FIXME: Remove me, only for split
1315         staticValue = refine_eval(tte, staticValue, ply); // Enhance accuracy with TT value if possible
1316         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1317     }
1318
1319     // Step 6. Razoring
1320     if (   !value_is_mate(beta)
1321         && !isCheck
1322         && depth < RazorDepth
1323         && staticValue < beta - (0x200 + 16 * depth)
1324         && ss[ply - 1].currentMove != MOVE_NULL
1325         && ttMove == MOVE_NONE
1326         && !pos.has_pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
1327     {
1328         Value rbeta = beta - (0x200 + 16 * depth);
1329         Value v = qsearch(pos, ss, rbeta-1, rbeta, Depth(0), ply, threadID);
1330         if (v < rbeta)
1331           return v; //FIXME: Logically should be: return (v + 0x200 + 16 * depth);
1332     }
1333
1334     // Step 7. Static null move pruning
1335     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
1336     // the score by more than fuility_margin(depth) if we do a null move.
1337     if (  !isCheck
1338         && allowNullmove
1339         && depth < RazorDepth
1340         && staticValue - futility_margin(depth, 0) >= beta)
1341         return staticValue - futility_margin(depth, 0);
1342
1343     // Step 8. Null move search with verification search
1344     // When we jump directly to qsearch() we do a null move only if static value is
1345     // at least beta. Otherwise we do a null move if static value is not more than
1346     // NullMoveMargin under beta.
1347     if (    allowNullmove
1348         &&  depth > OnePly
1349         && !isCheck
1350         && !value_is_mate(beta)
1351         &&  ok_to_do_nullmove(pos)
1352         &&  staticValue >= beta - (depth >= 4 * OnePly ? NullMoveMargin : 0))
1353     {
1354         ss[ply].currentMove = MOVE_NULL;
1355
1356         pos.do_null_move(st);
1357
1358         // Null move dynamic reduction based on depth
1359         int R = 3 + (depth >= 5 * OnePly ? depth / 8 : 0);
1360
1361         // Null move dynamic reduction based on value
1362         if (staticValue - beta > PawnValueMidgame)
1363             R++;
1364
1365         nullValue = -search(pos, ss, -(beta-1), depth-R*OnePly, ply+1, false, threadID);
1366
1367         pos.undo_null_move();
1368
1369         if (nullValue >= beta)
1370         {
1371             if (depth < 6 * OnePly)
1372                 return beta;
1373
1374             // Do zugzwang verification search
1375             Value v = search(pos, ss, beta, depth-5*OnePly, ply, false, threadID);
1376             if (v >= beta)
1377                 return beta;
1378         } else {
1379             // The null move failed low, which means that we may be faced with
1380             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
1381             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
1382             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
1383             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
1384             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
1385             if (nullValue == value_mated_in(ply + 2))
1386                 mateThreat = true;
1387
1388             ss[ply].threatMove = ss[ply + 1].currentMove;
1389             if (   depth < ThreatDepth
1390                 && ss[ply - 1].reduction
1391                 && connected_moves(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply].threatMove))
1392                 return beta - 1;
1393         }
1394     }
1395
1396     // Step 9. Internal iterative deepening
1397     if (UseIIDAtNonPVNodes && ttMove == MOVE_NONE && depth >= 8*OnePly &&
1398         !isCheck && ss[ply].eval >= beta - IIDMargin)
1399     {
1400         search(pos, ss, beta, depth/2, ply, false, threadID);
1401         ttMove = ss[ply].pv[ply];
1402         tte = TT.retrieve(posKey);
1403     }
1404
1405     // Step 10. Loop through moves
1406     // Loop through all legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1407
1408     // Initialize a MovePicker object for the current position
1409     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, depth, H, &ss[ply]);
1410     CheckInfo ci(pos);
1411
1412     while (   bestValue < beta
1413            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE
1414            && !TM.thread_should_stop(threadID))
1415     {
1416       assert(move_is_ok(move));
1417
1418       if (move == excludedMove)
1419           continue;
1420
1421       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1422       singleEvasion = (isCheck && mp.number_of_evasions() == 1);
1423       captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1424
1425       // Step 11. Decide the new search depth
1426       ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, singleEvasion, mateThreat, &dangerous);
1427
1428       // Singular extension search. We extend the TT move if its value is much better than
1429       // its siblings. To verify this we do a reduced search on all the other moves but the
1430       // ttMove, if result is lower then ttValue minus a margin then we extend ttMove.
1431       if (   depth >= 8 * OnePly
1432           && tte
1433           && move == tte->move()
1434           && !excludedMove // Do not allow recursive single-reply search
1435           && ext < OnePly
1436           && is_lower_bound(tte->type())
1437           && tte->depth() >= depth - 3 * OnePly)
1438       {
1439           Value ttValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1440
1441           if (abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
1442           {
1443               Value excValue = search(pos, ss, ttValue - SingleReplyMargin, depth / 2, ply, false, threadID, move);
1444
1445               if (excValue < ttValue - SingleReplyMargin)
1446                   ext = OnePly;
1447           }
1448       }
1449
1450       newDepth = depth - OnePly + ext;
1451
1452       // Update current move (this must be done after singular extension search)
1453       movesSearched[moveCount++] = ss[ply].currentMove = move;
1454
1455       // Step 12. Futility pruning
1456       if (   !isCheck
1457           && !dangerous
1458           && !captureOrPromotion
1459           && !move_is_castle(move)
1460           &&  move != ttMove)
1461       {
1462           // Move count based pruning
1463           if (   moveCount >= futility_move_count(depth)
1464               && ok_to_prune(pos, move, ss[ply].threatMove)
1465               && bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1466               continue;
1467
1468           // Value based pruning
1469           Depth predictedDepth = newDepth - nonpv_reduction(depth, moveCount); //FIXME: We are ignoring condition: depth >= 3*OnePly, BUG??
1470           futilityValueScaled =  ss[ply].eval + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
1471                                + H.gain(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move)) + 45;
1472
1473           if (futilityValueScaled < beta)
1474           {
1475               if (futilityValueScaled > bestValue)
1476                   bestValue = futilityValueScaled;
1477               continue;
1478           }
1479       }
1480
1481       // Step 13. Make the move
1482       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1483
1484       // Step 14. Reduced search
1485       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1486       bool doFullDepthSearch = true;
1487
1488       if (    depth >= 3*OnePly
1489           && !dangerous
1490           && !captureOrPromotion
1491           && !move_is_castle(move)
1492           && !move_is_killer(move, ss[ply]))
1493       {
1494           ss[ply].reduction = nonpv_reduction(depth, moveCount);
1495           if (ss[ply].reduction)
1496           {
1497               value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth-ss[ply].reduction, ply+1, true, threadID);
1498               doFullDepthSearch = (value >= beta);
1499           }
1500       }
1501
1502       // Step 15. Full depth search
1503       if (doFullDepthSearch)
1504       {
1505           ss[ply].reduction = Depth(0);
1506           value = -search(pos, ss, -(beta-1), newDepth, ply+1, true, threadID);
1507       }
1508
1509       // Step 16. Undo move
1510       pos.undo_move(move);
1511
1512       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1513
1514       // Step 17. Check for new best move
1515       if (value > bestValue)
1516       {
1517           bestValue = value;
1518           if (value >= beta)
1519               update_pv(ss, ply);
1520
1521           if (value == value_mate_in(ply + 1))
1522               ss[ply].mateKiller = move;
1523       }
1524
1525       // Step 18. Check for split
1526       if (   TM.active_threads() > 1
1527           && bestValue < beta
1528           && depth >= MinimumSplitDepth
1529           && Iteration <= 99
1530           && TM.available_thread_exists(threadID)
1531           && !AbortSearch
1532           && !TM.thread_should_stop(threadID)
1533           && TM.split(pos, ss, ply, NULL, beta, &bestValue, futilityValue, //FIXME: SMP & futilityValue
1534                       depth, &moveCount, &mp, threadID, false))
1535           break;
1536     }
1537
1538     // Step 19. Check for mate and stalemate
1539     // All legal moves have been searched and if there were
1540     // no legal moves, it must be mate or stalemate.
1541     // If one move was excluded return fail low.
1542     if (!moveCount)
1543         return excludedMove ? beta - 1 : (pos.is_check() ? value_mated_in(ply) : VALUE_DRAW);
1544
1545     // Step 20. Update tables
1546     // If the search is not aborted, update the transposition table,
1547     // history counters, and killer moves.
1548     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1549         return bestValue;
1550
1551     if (bestValue < beta)
1552         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_UPPER, depth, MOVE_NONE);
1553     else
1554     {
1555         TM.incrementBetaCounter(pos.side_to_move(), depth, threadID);
1556         move = ss[ply].pv[ply];
1557         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, depth, move);
1558         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1559         {
1560             update_history(pos, move, depth, movesSearched, moveCount);
1561             update_killers(move, ss[ply]);
1562         }
1563
1564     }
1565
1566     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1567
1568     return bestValue;
1569   }
1570
1571
1572   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1573   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1574   // less than OnePly).
1575
1576   Value qsearch(Position& pos, SearchStack ss[], Value alpha, Value beta,
1577                 Depth depth, int ply, int threadID) {
1578
1579     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha <= VALUE_INFINITE);
1580     assert(beta >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
1581     assert(depth <= 0);
1582     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
1583     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1584
1585     EvalInfo ei;
1586     StateInfo st;
1587     Move ttMove, move;
1588     Value staticValue, bestValue, value, futilityBase, futilityValue;
1589     bool isCheck, enoughMaterial, moveIsCheck, evasionPrunable;
1590     const TTEntry* tte = NULL;
1591     int moveCount = 0;
1592     bool pvNode = (beta - alpha != 1);
1593     Value oldAlpha = alpha;
1594
1595     // Initialize, and make an early exit in case of an aborted search,
1596     // an instant draw, maximum ply reached, etc.
1597     init_node(ss, ply, threadID);
1598
1599     // After init_node() that calls poll()
1600     if (AbortSearch || TM.thread_should_stop(threadID))
1601         return Value(0);
1602
1603     if (pos.is_draw() || ply >= PLY_MAX - 1)
1604         return VALUE_DRAW;
1605
1606     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1607     // pruning, but only for move ordering.
1608     tte = TT.retrieve(pos.get_key());
1609     ttMove = (tte ? tte->move() : MOVE_NONE);
1610
1611     if (!pvNode && tte && ok_to_use_TT(tte, depth, beta, ply))
1612     {
1613         assert(tte->type() != VALUE_TYPE_EVAL);
1614
1615         ss[ply].currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1616         return value_from_tt(tte->value(), ply);
1617     }
1618
1619     isCheck = pos.is_check();
1620
1621     // Evaluate the position statically
1622     if (isCheck)
1623         staticValue = -VALUE_INFINITE;
1624     else if (tte && (tte->type() & VALUE_TYPE_EVAL))
1625         staticValue = value_from_tt(tte->value(), ply);
1626     else
1627         staticValue = evaluate(pos, ei, threadID);
1628
1629     if (!isCheck)
1630     {
1631         ss[ply].eval = staticValue;
1632         update_gains(pos, ss[ply - 1].currentMove, ss[ply - 1].eval, ss[ply].eval);
1633     }
1634
1635     // Initialize "stand pat score", and return it immediately if it is
1636     // at least beta.
1637     bestValue = staticValue;
1638
1639     if (bestValue >= beta)
1640     {
1641         // Store the score to avoid a future costly evaluation() call
1642         if (!isCheck && !tte && ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] == 0)
1643             TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EV_LO, Depth(-127*OnePly), MOVE_NONE);
1644
1645         return bestValue;
1646     }
1647
1648     if (bestValue > alpha)
1649         alpha = bestValue;
1650
1651     // If we are near beta then try to get a cutoff pushing checks a bit further
1652     bool deepChecks = depth == -OnePly && staticValue >= beta - PawnValueMidgame / 8;
1653
1654     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1655     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1656     // queen promotions and checks (only if depth == 0 or depth == -OnePly
1657     // and we are near beta) will be generated.
1658     MovePicker mp = MovePicker(pos, ttMove, deepChecks ? Depth(0) : depth, H);
1659     CheckInfo ci(pos);
1660     enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMidgame;
1661     futilityBase = staticValue + FutilityMarginQS + ei.futilityMargin[pos.side_to_move()];
1662
1663     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff
1664     // occurs.
1665     while (   alpha < beta
1666            && (move = mp.get_next_move()) != MOVE_NONE)
1667     {
1668       assert(move_is_ok(move));
1669
1670       moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1671
1672       // Update current move
1673       moveCount++;
1674       ss[ply].currentMove = move;
1675
1676       // Futility pruning
1677       if (   enoughMaterial
1678           && !isCheck
1679           && !pvNode
1680           && !moveIsCheck
1681           &&  move != ttMove
1682           && !move_is_promotion(move)
1683           && !pos.move_is_passed_pawn_push(move))
1684       {
1685           futilityValue =  futilityBase
1686                          + pos.endgame_value_of_piece_on(move_to(move))
1687                          + (move_is_ep(move) ? PawnValueEndgame : Value(0));
1688
1689           if (futilityValue < alpha)
1690           {
1691               if (futilityValue > bestValue)
1692                   bestValue = futilityValue;
1693               continue;
1694           }
1695       }
1696
1697       // Detect blocking evasions that are candidate to be pruned
1698       evasionPrunable =   isCheck
1699                        && bestValue != -VALUE_INFINITE
1700                        && !pos.move_is_capture(move)
1701                        && pos.type_of_piece_on(move_from(move)) != KING
1702                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1703
1704       // Don't search moves with negative SEE values
1705       if (   (!isCheck || evasionPrunable)
1706           && !pvNode
1707           &&  move != ttMove
1708           && !move_is_promotion(move)
1709           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1710           continue;
1711
1712       // Make and search the move
1713       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1714       value = -qsearch(pos, ss, -beta, -alpha, depth-OnePly, ply+1, threadID);
1715       pos.undo_move(move);
1716
1717       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1718
1719       // New best move?
1720       if (value > bestValue)
1721       {
1722           bestValue = value;
1723           if (value > alpha)
1724           {
1725               alpha = value;
1726               update_pv(ss, ply);
1727           }
1728        }
1729     }
1730
1731     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1732     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1733     if (!moveCount && pos.is_check()) // Mate!
1734         return value_mated_in(ply);
1735
1736     // Update transposition table
1737     Depth d = (depth == Depth(0) ? Depth(0) : Depth(-1));
1738     if (bestValue <= oldAlpha)
1739     {
1740         // If bestValue isn't changed it means it is still the static evaluation
1741         // of the node, so keep this info to avoid a future evaluation() call.
1742         ValueType type = (bestValue == staticValue && !ei.futilityMargin[pos.side_to_move()] ? VALUE_TYPE_EV_UP : VALUE_TYPE_UPPER);
1743         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), type, d, MOVE_NONE);
1744     }
1745     else if (bestValue >= beta)
1746     {
1747         move = ss[ply].pv[ply];
1748         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_LOWER, d, move);
1749
1750         // Update killers only for good checking moves
1751         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(move))
1752             update_killers(move, ss[ply]);
1753     }
1754     else
1755         TT.store(pos.get_key(), value_to_tt(bestValue, ply), VALUE_TYPE_EXACT, d, ss[ply].pv[ply]);
1756
1757     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1758
1759     return bestValue;
1760   }
1761
1762
1763   // sp_search() is used to search from a split point.  This function is called
1764   // by each thread working at the split point.  It is similar to the normal
1765   // search() function, but simpler.  Because we have already probed the hash
1766   // table, done a null move search, and searched the first move before
1767   // splitting, we don't have to repeat all this work in sp_search().  We
1768   // also don't need to store anything to the hash table here:  This is taken
1769   // care of after we return from the split point.
1770
1771   void sp_search(SplitPoint* sp, int threadID) {
1772
1773     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1774     assert(TM.active_threads() > 1);
1775
1776     Position pos(*sp->pos);
1777     CheckInfo ci(pos);
1778     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1779     Value value = -VALUE_INFINITE;
1780     Move move;
1781     int moveCount;
1782     bool isCheck = pos.is_check();
1783     bool useFutilityPruning =     sp->depth < 7 * OnePly //FIXME: sync with search
1784                               && !isCheck;
1785
1786     while (    lock_grab_bool(&(sp->lock))
1787            &&  sp->bestValue < sp->beta
1788            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1789            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1790     {
1791       moveCount = ++sp->moves;
1792       lock_release(&(sp->lock));
1793
1794       assert(move_is_ok(move));
1795
1796       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1797       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1798
1799       ss[sp->ply].currentMove = move;
1800
1801       // Decide the new search depth
1802       bool dangerous;
1803       Depth ext = extension(pos, move, false, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1804       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1805
1806       // Prune?
1807       if (    useFutilityPruning
1808           && !dangerous
1809           && !captureOrPromotion)
1810       {
1811           // Move count based pruning
1812           if (   moveCount >= futility_move_count(sp->depth)
1813               && ok_to_prune(pos, move, ss[sp->ply].threatMove)
1814               && sp->bestValue > value_mated_in(PLY_MAX))
1815               continue;
1816
1817           // Value based pruning
1818           Value futilityValueScaled = sp->futilityValue - moveCount * 8; //FIXME: sync with search
1819
1820           if (futilityValueScaled < sp->beta)
1821           {
1822               if (futilityValueScaled > sp->bestValue) // Less then 1% of cases
1823               {
1824                   lock_grab(&(sp->lock));
1825                   if (futilityValueScaled > sp->bestValue)
1826                       sp->bestValue = futilityValueScaled;
1827                   lock_release(&(sp->lock));
1828               }
1829               continue;
1830           }
1831       }
1832
1833       // Make and search the move.
1834       StateInfo st;
1835       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1836
1837       // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1838       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1839       bool doFullDepthSearch = true;
1840
1841       if (   !dangerous
1842           && !captureOrPromotion
1843           && !move_is_castle(move)
1844           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1845       {
1846           ss[sp->ply].reduction = nonpv_reduction(sp->depth, moveCount);
1847           if (ss[sp->ply].reduction)
1848           {
1849               value = -search(pos, ss, -(sp->beta-1), newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1850               doFullDepthSearch = (value >= sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID));
1851           }
1852       }
1853
1854       if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1855       {
1856           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1857           value = -search(pos, ss, -(sp->beta - 1), newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1858       }
1859       pos.undo_move(move);
1860
1861       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1862
1863       // New best move?
1864       if (value > sp->bestValue) // Less then 2% of cases
1865       {
1866           lock_grab(&(sp->lock));
1867           if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1868           {
1869               sp->bestValue = value;
1870               if (sp->bestValue >= sp->beta)
1871               {
1872                   sp->stopRequest = true;
1873                   sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1874               }
1875           }
1876           lock_release(&(sp->lock));
1877       }
1878     }
1879
1880     /* Here we have the lock still grabbed */
1881
1882     sp->cpus--;
1883     sp->slaves[threadID] = 0;
1884
1885     lock_release(&(sp->lock));
1886   }
1887
1888
1889   // sp_search_pv() is used to search from a PV split point.  This function
1890   // is called by each thread working at the split point.  It is similar to
1891   // the normal search_pv() function, but simpler.  Because we have already
1892   // probed the hash table and searched the first move before splitting, we
1893   // don't have to repeat all this work in sp_search_pv().  We also don't
1894   // need to store anything to the hash table here: This is taken care of
1895   // after we return from the split point.
1896
1897   void sp_search_pv(SplitPoint* sp, int threadID) {
1898
1899     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
1900     assert(TM.active_threads() > 1);
1901
1902     Position pos(*sp->pos);
1903     CheckInfo ci(pos);
1904     SearchStack* ss = sp->sstack[threadID];
1905     Value value = -VALUE_INFINITE;
1906     int moveCount;
1907     Move move;
1908
1909     while (    lock_grab_bool(&(sp->lock))
1910            &&  sp->alpha < sp->beta
1911            && !TM.thread_should_stop(threadID)
1912            && (move = sp->mp->get_next_move()) != MOVE_NONE)
1913     {
1914       moveCount = ++sp->moves;
1915       lock_release(&(sp->lock));
1916
1917       assert(move_is_ok(move));
1918
1919       bool moveIsCheck = pos.move_is_check(move, ci);
1920       bool captureOrPromotion = pos.move_is_capture_or_promotion(move);
1921
1922       ss[sp->ply].currentMove = move;
1923
1924       // Decide the new search depth
1925       bool dangerous;
1926       Depth ext = extension(pos, move, true, captureOrPromotion, moveIsCheck, false, false, &dangerous);
1927       Depth newDepth = sp->depth - OnePly + ext;
1928
1929       // Make and search the move.
1930       StateInfo st;
1931       pos.do_move(move, st, ci, moveIsCheck);
1932
1933       // Try to reduce non-pv search depth by one ply if move seems not problematic,
1934       // if the move fails high will be re-searched at full depth.
1935       bool doFullDepthSearch = true;
1936
1937       if (   !dangerous
1938           && !captureOrPromotion
1939           && !move_is_castle(move)
1940           && !move_is_killer(move, ss[sp->ply]))
1941       {
1942           ss[sp->ply].reduction = pv_reduction(sp->depth, moveCount);
1943           if (ss[sp->ply].reduction)
1944           {
1945               Value localAlpha = sp->alpha;
1946               value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth-ss[sp->ply].reduction, sp->ply+1, true, threadID);
1947               doFullDepthSearch = (value > localAlpha && !TM.thread_should_stop(threadID));
1948           }
1949       }
1950
1951       if (doFullDepthSearch) // Go with full depth non-pv search
1952       {
1953           Value localAlpha = sp->alpha;
1954           ss[sp->ply].reduction = Depth(0);
1955           value = -search(pos, ss, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, true, threadID);
1956
1957           if (value > localAlpha && value < sp->beta && !TM.thread_should_stop(threadID))
1958           {
1959               // If another thread has failed high then sp->alpha has been increased
1960               // to be higher or equal then beta, if so, avoid to start a PV search.
1961               localAlpha = sp->alpha;
1962               if (localAlpha < sp->beta)
1963                   value = -search_pv(pos, ss, -sp->beta, -localAlpha, newDepth, sp->ply+1, threadID);
1964           }
1965       }
1966       pos.undo_move(move);
1967
1968       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1969
1970       // New best move?
1971       if (value > sp->bestValue) // Less then 2% of cases
1972       {
1973           lock_grab(&(sp->lock));
1974           if (value > sp->bestValue && !TM.thread_should_stop(threadID))
1975           {
1976               sp->bestValue = value;
1977               if (value > sp->alpha)
1978               {
1979                   // Ask threads to stop before to modify sp->alpha
1980                   if (value >= sp->beta)
1981                       sp->stopRequest = true;
1982
1983                   sp->alpha = value;
1984
1985                   sp_update_pv(sp->parentSstack, ss, sp->ply);
1986                   if (value == value_mate_in(sp->ply + 1))
1987                       ss[sp->ply].mateKiller = move;
1988               }
1989           }
1990           lock_release(&(sp->lock));
1991       }
1992     }
1993
1994     /* Here we have the lock still grabbed */
1995
1996     sp->cpus--;
1997     sp->slaves[threadID] = 0;
1998
1999     lock_release(&(sp->lock));
2000   }
2001
2002
2003   // init_node() is called at the beginning of all the search functions
2004   // (search(), search_pv(), qsearch(), and so on) and initializes the
2005   // search stack object corresponding to the current node. Once every
2006   // NodesBetweenPolls nodes, init_node() also calls poll(), which polls
2007   // for user input and checks whether it is time to stop the search.
2008
2009   void init_node(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2010
2011     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2012     assert(threadID >= 0 && threadID < TM.active_threads());
2013
2014     TM.incrementNodeCounter(threadID);
2015
2016     if (threadID == 0)
2017     {
2018         NodesSincePoll++;
2019         if (NodesSincePoll >= NodesBetweenPolls)
2020         {
2021             poll();
2022             NodesSincePoll = 0;
2023         }
2024     }
2025     ss[ply].init(ply);
2026     ss[ply + 2].initKillers();
2027     TM.print_current_line(ss, ply, threadID);
2028   }
2029
2030
2031   // update_pv() is called whenever a search returns a value > alpha.
2032   // It updates the PV in the SearchStack object corresponding to the
2033   // current node.
2034
2035   void update_pv(SearchStack ss[], int ply) {
2036
2037     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2038
2039     int p;
2040
2041     ss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2042
2043     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2044         ss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2045
2046     ss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2047   }
2048
2049
2050   // sp_update_pv() is a variant of update_pv for use at split points. The
2051   // difference between the two functions is that sp_update_pv also updates
2052   // the PV at the parent node.
2053
2054   void sp_update_pv(SearchStack* pss, SearchStack ss[], int ply) {
2055
2056     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2057
2058     int p;
2059
2060     ss[ply].pv[ply] = pss[ply].pv[ply] = ss[ply].currentMove;
2061
2062     for (p = ply + 1; ss[ply + 1].pv[p] != MOVE_NONE; p++)
2063         ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = ss[ply + 1].pv[p];
2064
2065     ss[ply].pv[p] = pss[ply].pv[p] = MOVE_NONE;
2066   }
2067
2068
2069   // connected_moves() tests whether two moves are 'connected' in the sense
2070   // that the first move somehow made the second move possible (for instance
2071   // if the moving piece is the same in both moves). The first move is assumed
2072   // to be the move that was made to reach the current position, while the
2073   // second move is assumed to be a move from the current position.
2074
2075   bool connected_moves(const Position& pos, Move m1, Move m2) {
2076
2077     Square f1, t1, f2, t2;
2078     Piece p;
2079
2080     assert(move_is_ok(m1));
2081     assert(move_is_ok(m2));
2082
2083     if (m2 == MOVE_NONE)
2084         return false;
2085
2086     // Case 1: The moving piece is the same in both moves
2087     f2 = move_from(m2);
2088     t1 = move_to(m1);
2089     if (f2 == t1)
2090         return true;
2091
2092     // Case 2: The destination square for m2 was vacated by m1
2093     t2 = move_to(m2);
2094     f1 = move_from(m1);
2095     if (t2 == f1)
2096         return true;
2097
2098     // Case 3: Moving through the vacated square
2099     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(f2))
2100         && bit_is_set(squares_between(f2, t2), f1))
2101       return true;
2102
2103     // Case 4: The destination square for m2 is defended by the moving piece in m1
2104     p = pos.piece_on(t1);
2105     if (bit_is_set(pos.attacks_from(p, t1), t2))
2106         return true;
2107
2108     // Case 5: Discovered check, checking piece is the piece moved in m1
2109     if (    piece_is_slider(p)
2110         &&  bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), f2)
2111         && !bit_is_set(squares_between(t1, pos.king_square(pos.side_to_move())), t2))
2112     {
2113         // discovered_check_candidates() works also if the Position's side to
2114         // move is the opposite of the checking piece.
2115         Color them = opposite_color(pos.side_to_move());
2116         Bitboard dcCandidates = pos.discovered_check_candidates(them);
2117
2118         if (bit_is_set(dcCandidates, f2))
2119             return true;
2120     }
2121     return false;
2122   }
2123
2124
2125   // value_is_mate() checks if the given value is a mate one
2126   // eventually compensated for the ply.
2127
2128   bool value_is_mate(Value value) {
2129
2130     assert(abs(value) <= VALUE_INFINITE);
2131
2132     return   value <= value_mated_in(PLY_MAX)
2133           || value >= value_mate_in(PLY_MAX);
2134   }
2135
2136
2137   // move_is_killer() checks if the given move is among the
2138   // killer moves of that ply.
2139
2140   bool move_is_killer(Move m, const SearchStack& ss) {
2141
2142       const Move* k = ss.killers;
2143       for (int i = 0; i < KILLER_MAX; i++, k++)
2144           if (*k == m)
2145               return true;
2146
2147       return false;
2148   }
2149
2150
2151   // extension() decides whether a move should be searched with normal depth,
2152   // or with extended depth. Certain classes of moves (checking moves, in
2153   // particular) are searched with bigger depth than ordinary moves and in
2154   // any case are marked as 'dangerous'. Note that also if a move is not
2155   // extended, as example because the corresponding UCI option is set to zero,
2156   // the move is marked as 'dangerous' so, at least, we avoid to prune it.
2157
2158   Depth extension(const Position& pos, Move m, bool pvNode, bool captureOrPromotion,
2159                   bool moveIsCheck, bool singleEvasion, bool mateThreat, bool* dangerous) {
2160
2161     assert(m != MOVE_NONE);
2162
2163     Depth result = Depth(0);
2164     *dangerous = moveIsCheck | singleEvasion | mateThreat;
2165
2166     if (*dangerous)
2167     {
2168         if (moveIsCheck)
2169             result += CheckExtension[pvNode];
2170
2171         if (singleEvasion)
2172             result += SingleEvasionExtension[pvNode];
2173
2174         if (mateThreat)
2175             result += MateThreatExtension[pvNode];
2176     }
2177
2178     if (pos.type_of_piece_on(move_from(m)) == PAWN)
2179     {
2180         Color c = pos.side_to_move();
2181         if (relative_rank(c, move_to(m)) == RANK_7)
2182         {
2183             result += PawnPushTo7thExtension[pvNode];
2184             *dangerous = true;
2185         }
2186         if (pos.pawn_is_passed(c, move_to(m)))
2187         {
2188             result += PassedPawnExtension[pvNode];
2189             *dangerous = true;
2190         }
2191     }
2192
2193     if (   captureOrPromotion
2194         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2195         && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
2196             - pos.midgame_value_of_piece_on(move_to(m)) == Value(0))
2197         && !move_is_promotion(m)
2198         && !move_is_ep(m))
2199     {
2200         result += PawnEndgameExtension[pvNode];
2201         *dangerous = true;
2202     }
2203
2204     if (   pvNode
2205         && captureOrPromotion
2206         && pos.type_of_piece_on(move_to(m)) != PAWN
2207         && pos.see_sign(m) >= 0)
2208     {
2209         result += OnePly/2;
2210         *dangerous = true;
2211     }
2212
2213     return Min(result, OnePly);
2214   }
2215
2216
2217   // ok_to_do_nullmove() looks at the current position and decides whether
2218   // doing a 'null move' should be allowed. In order to avoid zugzwang
2219   // problems, null moves are not allowed when the side to move has very
2220   // little material left. Currently, the test is a bit too simple: Null
2221   // moves are avoided only when the side to move has only pawns left.
2222   // It's probably a good idea to avoid null moves in at least some more
2223   // complicated endgames, e.g. KQ vs KR.  FIXME
2224
2225   bool ok_to_do_nullmove(const Position& pos) {
2226
2227     return pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) != Value(0);
2228   }
2229
2230
2231   // ok_to_prune() tests whether it is safe to forward prune a move. Only
2232   // non-tactical moves late in the move list close to the leaves are
2233   // candidates for pruning.
2234
2235   bool ok_to_prune(const Position& pos, Move m, Move threat) {
2236
2237     assert(move_is_ok(m));
2238     assert(threat == MOVE_NONE || move_is_ok(threat));
2239     assert(!pos.move_is_check(m));
2240     assert(!pos.move_is_capture_or_promotion(m));
2241     assert(!pos.move_is_passed_pawn_push(m));
2242
2243     Square mfrom, mto, tfrom, tto;
2244
2245     // Prune if there isn't any threat move
2246     if (threat == MOVE_NONE)
2247         return true;
2248
2249     mfrom = move_from(m);
2250     mto = move_to(m);
2251     tfrom = move_from(threat);
2252     tto = move_to(threat);
2253
2254     // Case 1: Don't prune moves which move the threatened piece
2255     if (mfrom == tto)
2256         return false;
2257
2258     // Case 2: If the threatened piece has value less than or equal to the
2259     // value of the threatening piece, don't prune move which defend it.
2260     if (   pos.move_is_capture(threat)
2261         && (   pos.midgame_value_of_piece_on(tfrom) >= pos.midgame_value_of_piece_on(tto)
2262             || pos.type_of_piece_on(tfrom) == KING)
2263         && pos.move_attacks_square(m, tto))
2264         return false;
2265
2266     // Case 3: If the moving piece in the threatened move is a slider, don't
2267     // prune safe moves which block its ray.
2268     if (   piece_is_slider(pos.piece_on(tfrom))
2269         && bit_is_set(squares_between(tfrom, tto), mto)
2270         && pos.see_sign(m) >= 0)
2271         return false;
2272
2273     return true;
2274   }
2275
2276
2277   // ok_to_use_TT() returns true if a transposition table score
2278   // can be used at a given point in search.
2279
2280   bool ok_to_use_TT(const TTEntry* tte, Depth depth, Value beta, int ply) {
2281
2282     Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2283
2284     return   (   tte->depth() >= depth
2285               || v >= Max(value_mate_in(PLY_MAX), beta)
2286               || v < Min(value_mated_in(PLY_MAX), beta))
2287
2288           && (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= beta)
2289               || (is_upper_bound(tte->type()) && v < beta));
2290   }
2291
2292
2293   // refine_eval() returns the transposition table score if
2294   // possible otherwise falls back on static position evaluation.
2295
2296   Value refine_eval(const TTEntry* tte, Value defaultEval, int ply) {
2297
2298       if (!tte)
2299           return defaultEval;
2300
2301       Value v = value_from_tt(tte->value(), ply);
2302
2303       if (   (is_lower_bound(tte->type()) && v >= defaultEval)
2304           || (is_upper_bound(tte->type()) && v < defaultEval))
2305           return v;
2306
2307       return defaultEval;
2308   }
2309
2310
2311   // update_history() registers a good move that produced a beta-cutoff
2312   // in history and marks as failures all the other moves of that ply.
2313
2314   void update_history(const Position& pos, Move move, Depth depth,
2315                       Move movesSearched[], int moveCount) {
2316
2317     Move m;
2318
2319     H.success(pos.piece_on(move_from(move)), move_to(move), depth);
2320
2321     for (int i = 0; i < moveCount - 1; i++)
2322     {
2323         m = movesSearched[i];
2324
2325         assert(m != move);
2326
2327         if (!pos.move_is_capture_or_promotion(m))
2328             H.failure(pos.piece_on(move_from(m)), move_to(m), depth);
2329     }
2330   }
2331
2332
2333   // update_killers() add a good move that produced a beta-cutoff
2334   // among the killer moves of that ply.
2335
2336   void update_killers(Move m, SearchStack& ss) {
2337
2338     if (m == ss.killers[0])
2339         return;
2340
2341     for (int i = KILLER_MAX - 1; i > 0; i--)
2342         ss.killers[i] = ss.killers[i - 1];
2343
2344     ss.killers[0] = m;
2345   }
2346
2347
2348   // update_gains() updates the gains table of a non-capture move given
2349   // the static position evaluation before and after the move.
2350
2351   void update_gains(const Position& pos, Move m, Value before, Value after) {
2352
2353     if (   m != MOVE_NULL
2354         && before != VALUE_NONE
2355         && after != VALUE_NONE
2356         && pos.captured_piece() == NO_PIECE_TYPE
2357         && !move_is_castle(m)
2358         && !move_is_promotion(m))
2359         H.set_gain(pos.piece_on(move_to(m)), move_to(m), -(before + after));
2360   }
2361
2362
2363   // current_search_time() returns the number of milliseconds which have passed
2364   // since the beginning of the current search.
2365
2366   int current_search_time() {
2367
2368     return get_system_time() - SearchStartTime;
2369   }
2370
2371
2372   // nps() computes the current nodes/second count.
2373
2374   int nps() {
2375
2376     int t = current_search_time();
2377     return (t > 0 ? int((TM.nodes_searched() * 1000) / t) : 0);
2378   }
2379
2380
2381   // poll() performs two different functions: It polls for user input, and it
2382   // looks at the time consumed so far and decides if it's time to abort the
2383   // search.
2384
2385   void poll() {
2386
2387     static int lastInfoTime;
2388     int t = current_search_time();
2389
2390     //  Poll for input
2391     if (Bioskey())
2392     {
2393         // We are line oriented, don't read single chars
2394         std::string command;
2395
2396         if (!std::getline(std::cin, command))
2397             command = "quit";
2398
2399         if (command == "quit")
2400         {
2401             AbortSearch = true;
2402             PonderSearch = false;
2403             Quit = true;
2404             return;
2405         }
2406         else if (command == "stop")
2407         {
2408             AbortSearch = true;
2409             PonderSearch = false;
2410         }
2411         else if (command == "ponderhit")
2412             ponderhit();
2413     }
2414
2415     // Print search information
2416     if (t < 1000)
2417         lastInfoTime = 0;
2418
2419     else if (lastInfoTime > t)
2420         // HACK: Must be a new search where we searched less than
2421         // NodesBetweenPolls nodes during the first second of search.
2422         lastInfoTime = 0;
2423
2424     else if (t - lastInfoTime >= 1000)
2425     {
2426         lastInfoTime = t;
2427         lock_grab(&TM.IOLock);
2428
2429         if (dbg_show_mean)
2430             dbg_print_mean();
2431
2432         if (dbg_show_hit_rate)
2433             dbg_print_hit_rate();
2434
2435         cout << "info nodes " << TM.nodes_searched() << " nps " << nps()
2436              << " time " << t << " hashfull " << TT.full() << endl;
2437
2438         lock_release(&TM.IOLock);
2439
2440         if (ShowCurrentLine)
2441             TM.threads[0].printCurrentLineRequest = true;
2442     }
2443
2444     // Should we stop the search?
2445     if (PonderSearch)
2446         return;
2447
2448     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2449                            && !AspirationFailLow
2450                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2451
2452     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2453                      || stillAtFirstMove;
2454
2455     if (   (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && noMoreTime)
2456         || (ExactMaxTime && t >= ExactMaxTime)
2457         || (Iteration >= 3 && MaxNodes && TM.nodes_searched() >= MaxNodes))
2458         AbortSearch = true;
2459   }
2460
2461
2462   // ponderhit() is called when the program is pondering (i.e. thinking while
2463   // it's the opponent's turn to move) in order to let the engine know that
2464   // it correctly predicted the opponent's move.
2465
2466   void ponderhit() {
2467
2468     int t = current_search_time();
2469     PonderSearch = false;
2470
2471     bool stillAtFirstMove =    RootMoveNumber == 1
2472                            && !AspirationFailLow
2473                            &&  t > MaxSearchTime + ExtraSearchTime;
2474
2475     bool noMoreTime =   t > AbsoluteMaxSearchTime
2476                      || stillAtFirstMove;
2477
2478     if (Iteration >= 3 && UseTimeManagement && (noMoreTime || StopOnPonderhit))
2479         AbortSearch = true;
2480   }
2481
2482
2483   // init_ss_array() does a fast reset of the first entries of a SearchStack array
2484
2485   void init_ss_array(SearchStack ss[]) {
2486
2487     for (int i = 0; i < 3; i++)
2488     {
2489         ss[i].init(i);
2490         ss[i].initKillers();
2491     }
2492   }
2493
2494
2495   // wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is reached
2496   // while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle in
2497   // the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
2498   // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command.
2499   // We simply wait here until one of these commands is sent, and return,
2500   // after which the bestmove and pondermove will be printed (in id_loop()).
2501
2502   void wait_for_stop_or_ponderhit() {
2503
2504     std::string command;
2505
2506     while (true)
2507     {
2508         if (!std::getline(std::cin, command))
2509             command = "quit";
2510
2511         if (command == "quit")
2512         {
2513             Quit = true;
2514             break;
2515         }
2516         else if (command == "ponderhit" || command == "stop")
2517             break;
2518     }
2519   }
2520
2521
2522   // init_thread() is the function which is called when a new thread is
2523   // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
2524   // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
2525   // threads and one for Windows threads.
2526
2527 #if !defined(_MSC_VER)
2528
2529   void* init_thread(void *threadID) {
2530
2531     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2532     return NULL;
2533   }
2534
2535 #else
2536
2537   DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
2538
2539     TM.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
2540     return NULL;
2541   }
2542
2543 #endif
2544
2545
2546   /// The ThreadsManager class
2547
2548   // resetNodeCounters(), resetBetaCounters(), searched_nodes() and
2549   // get_beta_counters() are getters/setters for the per thread
2550   // counters used to sort the moves at root.
2551
2552   void ThreadsManager::resetNodeCounters() {
2553
2554     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2555         threads[i].nodes = 0ULL;
2556   }
2557
2558   void ThreadsManager::resetBetaCounters() {
2559
2560     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2561         threads[i].betaCutOffs[WHITE] = threads[i].betaCutOffs[BLACK] = 0ULL;
2562   }
2563
2564   int64_t ThreadsManager::nodes_searched() const {
2565
2566     int64_t result = 0ULL;
2567     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2568         result += threads[i].nodes;
2569
2570     return result;
2571   }
2572
2573   void ThreadsManager::get_beta_counters(Color us, int64_t& our, int64_t& their) const {
2574
2575     our = their = 0UL;
2576     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2577     {
2578         our += threads[i].betaCutOffs[us];
2579         their += threads[i].betaCutOffs[opposite_color(us)];
2580     }
2581   }
2582
2583
2584   // idle_loop() is where the threads are parked when they have no work to do.
2585   // The parameter "waitSp", if non-NULL, is a pointer to an active SplitPoint
2586   // object for which the current thread is the master.
2587
2588   void ThreadsManager::idle_loop(int threadID, SplitPoint* waitSp) {
2589
2590     assert(threadID >= 0 && threadID < MAX_THREADS);
2591
2592     while (true)
2593     {
2594         // Slave threads can exit as soon as AllThreadsShouldExit raises,
2595         // master should exit as last one.
2596         if (AllThreadsShouldExit)
2597         {
2598             assert(!waitSp);
2599             threads[threadID].state = THREAD_TERMINATED;
2600             return;
2601         }
2602
2603         // If we are not thinking, wait for a condition to be signaled
2604         // instead of wasting CPU time polling for work.
2605         while (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2606         {
2607             assert(!waitSp);
2608             assert(threadID != 0);
2609             threads[threadID].state = THREAD_SLEEPING;
2610
2611 #if !defined(_MSC_VER)
2612             pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2613             if (AllThreadsShouldSleep || threadID >= ActiveThreads)
2614                 pthread_cond_wait(&WaitCond, &WaitLock);
2615             pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2616 #else
2617             WaitForSingleObject(SitIdleEvent[threadID], INFINITE);
2618 #endif
2619         }
2620
2621         // If thread has just woken up, mark it as available
2622         if (threads[threadID].state == THREAD_SLEEPING)
2623             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2624
2625         // If this thread has been assigned work, launch a search
2626         if (threads[threadID].state == THREAD_WORKISWAITING)
2627         {
2628             assert(!AllThreadsShouldExit && !AllThreadsShouldSleep);
2629
2630             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2631
2632             if (threads[threadID].splitPoint->pvNode)
2633                 sp_search_pv(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2634             else
2635                 sp_search(threads[threadID].splitPoint, threadID);
2636
2637             assert(threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING);
2638
2639             threads[threadID].state = THREAD_AVAILABLE;
2640         }
2641
2642         // If this thread is the master of a split point and all threads have
2643         // finished their work at this split point, return from the idle loop.
2644         if (waitSp != NULL && waitSp->cpus == 0)
2645         {
2646             assert(threads[threadID].state == THREAD_AVAILABLE);
2647
2648             threads[threadID].state = THREAD_SEARCHING;
2649             return;
2650         }
2651     }
2652   }
2653
2654
2655   // init_threads() is called during startup. It launches all helper threads,
2656   // and initializes the split point stack and the global locks and condition
2657   // objects.
2658
2659   void ThreadsManager::init_threads() {
2660
2661     volatile int i;
2662     bool ok;
2663
2664 #if !defined(_MSC_VER)
2665     pthread_t pthread[1];
2666 #endif
2667
2668     // Initialize global locks
2669     lock_init(&MPLock, NULL);
2670     lock_init(&IOLock, NULL);
2671
2672     // Initialize SplitPointStack locks
2673     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2674         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2675         {
2676             SplitPointStack[i][j].parent = NULL;
2677             lock_init(&(SplitPointStack[i][j].lock), NULL);
2678         }
2679
2680 #if !defined(_MSC_VER)
2681     pthread_mutex_init(&WaitLock, NULL);
2682     pthread_cond_init(&WaitCond, NULL);
2683 #else
2684     for (i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2685         SitIdleEvent[i] = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, 0);
2686 #endif
2687
2688     // Will be set just before program exits to properly end the threads
2689     AllThreadsShouldExit = false;
2690
2691     // Threads will be put to sleep as soon as created
2692     AllThreadsShouldSleep = true;
2693
2694     // All threads except the main thread should be initialized to THREAD_AVAILABLE
2695     ActiveThreads = 1;
2696     threads[0].state = THREAD_SEARCHING;
2697     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2698         threads[i].state = THREAD_AVAILABLE;
2699
2700     // Launch the helper threads
2701     for (i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2702     {
2703
2704 #if !defined(_MSC_VER)
2705         ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&i)) == 0);
2706 #else
2707         DWORD iID[1];
2708         ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&i), 0, iID) != NULL);
2709 #endif
2710
2711         if (!ok)
2712         {
2713             cout << "Failed to create thread number " << i << endl;
2714             Application::exit_with_failure();
2715         }
2716
2717         // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
2718         while (threads[i].state != THREAD_SLEEPING);
2719     }
2720   }
2721
2722
2723   // exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
2724   // helper threads exit cleanly.
2725
2726   void ThreadsManager::exit_threads() {
2727
2728     ActiveThreads = MAX_THREADS;  // HACK
2729     AllThreadsShouldSleep = true;  // HACK
2730     wake_sleeping_threads();
2731
2732     // This makes the threads to exit idle_loop()
2733     AllThreadsShouldExit = true;
2734
2735     // Wait for thread termination
2736     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2737         while (threads[i].state != THREAD_TERMINATED);
2738
2739     // Now we can safely destroy the locks
2740     for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
2741         for (int j = 0; j < ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX; j++)
2742             lock_destroy(&(SplitPointStack[i][j].lock));
2743   }
2744
2745
2746   // thread_should_stop() checks whether the thread should stop its search.
2747   // This can happen if a beta cutoff has occurred in the thread's currently
2748   // active split point, or in some ancestor of the current split point.
2749
2750   bool ThreadsManager::thread_should_stop(int threadID) const {
2751
2752     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2753
2754     SplitPoint* sp;
2755
2756     for (sp = threads[threadID].splitPoint; sp && !sp->stopRequest; sp = sp->parent);
2757     return sp != NULL;
2758   }
2759
2760
2761   // thread_is_available() checks whether the thread with threadID "slave" is
2762   // available to help the thread with threadID "master" at a split point. An
2763   // obvious requirement is that "slave" must be idle. With more than two
2764   // threads, this is not by itself sufficient:  If "slave" is the master of
2765   // some active split point, it is only available as a slave to the other
2766   // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s
2767   // split point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
2768
2769   bool ThreadsManager::thread_is_available(int slave, int master) const {
2770
2771     assert(slave >= 0 && slave < ActiveThreads);
2772     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2773     assert(ActiveThreads > 1);
2774
2775     if (threads[slave].state != THREAD_AVAILABLE || slave == master)
2776         return false;
2777
2778     // Make a local copy to be sure doesn't change under our feet
2779     int localActiveSplitPoints = threads[slave].activeSplitPoints;
2780
2781     if (localActiveSplitPoints == 0)
2782         // No active split points means that the thread is available as
2783         // a slave for any other thread.
2784         return true;
2785
2786     if (ActiveThreads == 2)
2787         return true;
2788
2789     // Apply the "helpful master" concept if possible. Use localActiveSplitPoints
2790     // that is known to be > 0, instead of threads[slave].activeSplitPoints that
2791     // could have been set to 0 by another thread leading to an out of bound access.
2792     if (SplitPointStack[slave][localActiveSplitPoints - 1].slaves[master])
2793         return true;
2794
2795     return false;
2796   }
2797
2798
2799   // available_thread_exists() tries to find an idle thread which is available as
2800   // a slave for the thread with threadID "master".
2801
2802   bool ThreadsManager::available_thread_exists(int master) const {
2803
2804     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2805     assert(ActiveThreads > 1);
2806
2807     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2808         if (thread_is_available(i, master))
2809             return true;
2810
2811     return false;
2812   }
2813
2814
2815   // split() does the actual work of distributing the work at a node between
2816   // several threads at PV nodes. If it does not succeed in splitting the
2817   // node (because no idle threads are available, or because we have no unused
2818   // split point objects), the function immediately returns false. If
2819   // splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
2820   // data that must be copied to the helper threads (the current position and
2821   // search stack, alpha, beta, the search depth, etc.), and we tell our
2822   // helper threads that they have been assigned work. This will cause them
2823   // to instantly leave their idle loops and call sp_search_pv(). When all
2824   // threads have returned from sp_search_pv (or, equivalently, when
2825   // splitPoint->cpus becomes 0), split() returns true.
2826
2827   bool ThreadsManager::split(const Position& p, SearchStack* sstck, int ply,
2828              Value* alpha, const Value beta, Value* bestValue, const Value futilityValue,
2829              Depth depth, int* moves, MovePicker* mp, int master, bool pvNode) {
2830
2831     assert(p.is_ok());
2832     assert(sstck != NULL);
2833     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2834     assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
2835     assert(   ( pvNode && *bestValue <= *alpha)
2836            || (!pvNode && *bestValue <   beta ));
2837     assert(!pvNode || *alpha < beta);
2838     assert(beta <= VALUE_INFINITE);
2839     assert(depth > Depth(0));
2840     assert(master >= 0 && master < ActiveThreads);
2841     assert(ActiveThreads > 1);
2842
2843     SplitPoint* splitPoint;
2844
2845     lock_grab(&MPLock);
2846
2847     // If no other thread is available to help us, or if we have too many
2848     // active split points, don't split.
2849     if (   !available_thread_exists(master)
2850         || threads[master].activeSplitPoints >= ACTIVE_SPLIT_POINTS_MAX)
2851     {
2852         lock_release(&MPLock);
2853         return false;
2854     }
2855
2856     // Pick the next available split point object from the split point stack
2857     splitPoint = &SplitPointStack[master][threads[master].activeSplitPoints];
2858
2859     // Initialize the split point object
2860     splitPoint->parent = threads[master].splitPoint;
2861     splitPoint->stopRequest = false;
2862     splitPoint->ply = ply;
2863     splitPoint->depth = depth;
2864     splitPoint->alpha = pvNode ? *alpha : beta - 1;
2865     splitPoint->beta = beta;
2866     splitPoint->pvNode = pvNode;
2867     splitPoint->bestValue = *bestValue;
2868     splitPoint->futilityValue = futilityValue;
2869     splitPoint->master = master;
2870     splitPoint->mp = mp;
2871     splitPoint->moves = *moves;
2872     splitPoint->cpus = 1;
2873     splitPoint->pos = &p;
2874     splitPoint->parentSstack = sstck;
2875     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2876         splitPoint->slaves[i] = 0;
2877
2878     threads[master].splitPoint = splitPoint;
2879     threads[master].activeSplitPoints++;
2880
2881     // If we are here it means we are not available
2882     assert(threads[master].state != THREAD_AVAILABLE);
2883
2884     // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
2885     for (int i = 0; i < ActiveThreads && splitPoint->cpus < MaxThreadsPerSplitPoint; i++)
2886         if (thread_is_available(i, master))
2887         {
2888             threads[i].state = THREAD_BOOKED;
2889             threads[i].splitPoint = splitPoint;
2890             splitPoint->slaves[i] = 1;
2891             splitPoint->cpus++;
2892         }
2893
2894     assert(splitPoint->cpus > 1);
2895
2896     // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
2897     lock_release(&MPLock);
2898
2899     // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
2900     // their idle loop. But before copy search stack tail for each thread.
2901     for (int i = 0; i < ActiveThreads; i++)
2902         if (i == master || splitPoint->slaves[i])
2903         {
2904             memcpy(splitPoint->sstack[i] + ply - 1, sstck + ply - 1, 4 * sizeof(SearchStack));
2905
2906             assert(i == master || threads[i].state == THREAD_BOOKED);
2907
2908             threads[i].state = THREAD_WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
2909         }
2910
2911     // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
2912     // which it will instantly launch a search, because its state is
2913     // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
2914     // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
2915     // loop when all threads have finished their work at this split point
2916     // (i.e. when splitPoint->cpus == 0).
2917     idle_loop(master, splitPoint);
2918
2919     // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
2920     // finished. Update alpha, beta and bestValue, and return.
2921     lock_grab(&MPLock);
2922
2923     if (pvNode)
2924         *alpha = splitPoint->alpha;
2925
2926     *bestValue = splitPoint->bestValue;
2927     threads[master].activeSplitPoints--;
2928     threads[master].splitPoint = splitPoint->parent;
2929
2930     lock_release(&MPLock);
2931     return true;
2932   }
2933
2934
2935   // wake_sleeping_threads() wakes up all sleeping threads when it is time
2936   // to start a new search from the root.
2937
2938   void ThreadsManager::wake_sleeping_threads() {
2939
2940     assert(AllThreadsShouldSleep);
2941     assert(ActiveThreads > 0);
2942
2943     AllThreadsShouldSleep = false;
2944
2945     if (ActiveThreads == 1)
2946         return;
2947
2948     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2949         assert(threads[i].state == THREAD_SLEEPING);
2950
2951 #if !defined(_MSC_VER)
2952     pthread_mutex_lock(&WaitLock);
2953     pthread_cond_broadcast(&WaitCond);
2954     pthread_mutex_unlock(&WaitLock);
2955 #else
2956     for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
2957         SetEvent(SitIdleEvent[i]);
2958 #endif
2959
2960   }
2961
2962
2963   // put_threads_to_sleep() makes all the threads go to sleep just before
2964   // to leave think(), at the end of the search. Threads should have already
2965   // finished the job and should be idle.
2966
2967   void ThreadsManager::put_threads_to_sleep() {
2968
2969     assert(!AllThreadsShouldSleep);
2970
2971     // This makes the threads to go to sleep
2972     AllThreadsShouldSleep = true;
2973
2974     // Reset flags to a known state.
2975     for (int i = 1; i < ActiveThreads; i++)
2976     {
2977         // This flag can be in a random state
2978         threads[i].printCurrentLineRequest = false;
2979     }
2980   }
2981
2982   // print_current_line() prints _once_ the current line of search for a
2983   // given thread and then setup the print request for the next thread.
2984   // Called when the UCI option UCI_ShowCurrLine is 'true'.
2985
2986   void ThreadsManager::print_current_line(SearchStack ss[], int ply, int threadID) {
2987
2988     assert(ply >= 0 && ply < PLY_MAX);
2989     assert(threadID >= 0 && threadID < ActiveThreads);
2990
2991     if (!threads[threadID].printCurrentLineRequest)
2992         return;
2993
2994     // One shot only
2995     threads[threadID].printCurrentLineRequest = false;
2996
2997     if (threads[threadID].state == THREAD_SEARCHING)
2998     {
2999         lock_grab(&IOLock);
3000         cout << "info currline " << (threadID + 1);
3001         for (int p = 0; p < ply; p++)
3002             cout << " " << ss[p].currentMove;
3003
3004         cout << endl;
3005         lock_release(&IOLock);
3006     }
3007
3008     // Setup print request for the next thread ID
3009     if (threadID + 1 < ActiveThreads)
3010         threads[threadID + 1].printCurrentLineRequest = true;
3011   }
3012
3013
3014   /// The RootMoveList class
3015
3016   // RootMoveList c'tor
3017
3018   RootMoveList::RootMoveList(Position& pos, Move searchMoves[]) : count(0) {
3019
3020     SearchStack ss[PLY_MAX_PLUS_2];
3021     MoveStack mlist[MaxRootMoves];
3022     StateInfo st;
3023     bool includeAllMoves = (searchMoves[0] == MOVE_NONE);
3024
3025     // Generate all legal moves
3026     MoveStack* last = generate_moves(pos, mlist);
3027
3028     // Add each move to the moves[] array
3029     for (MoveStack* cur = mlist; cur != last; cur++)
3030     {
3031         bool includeMove = includeAllMoves;
3032
3033         for (int k = 0; !includeMove && searchMoves[k] != MOVE_NONE; k++)
3034             includeMove = (searchMoves[k] == cur->move);
3035
3036         if (!includeMove)
3037             continue;
3038
3039         // Find a quick score for the move
3040         init_ss_array(ss);
3041         pos.do_move(cur->move, st);
3042         moves[count].move = cur->move;
3043         moves[count].score = -qsearch(pos, ss, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE, Depth(0), 1, 0);
3044         moves[count].pv[0] = cur->move;
3045         moves[count].pv[1] = MOVE_NONE;
3046         pos.undo_move(cur->move);
3047         count++;
3048     }
3049     sort();
3050   }
3051
3052
3053   // RootMoveList simple methods definitions
3054
3055   void RootMoveList::set_move_nodes(int moveNum, int64_t nodes) {
3056
3057     moves[moveNum].nodes = nodes;
3058     moves[moveNum].cumulativeNodes += nodes;
3059   }
3060
3061   void RootMoveList::set_beta_counters(int moveNum, int64_t our, int64_t their) {
3062
3063     moves[moveNum].ourBeta = our;
3064     moves[moveNum].theirBeta = their;
3065   }
3066
3067   void RootMoveList::set_move_pv(int moveNum, const Move pv[]) {
3068
3069     int j;
3070
3071     for (j = 0; pv[j] != MOVE_NONE; j++)
3072         moves[moveNum].pv[j] = pv[j];
3073
3074     moves[moveNum].pv[j] = MOVE_NONE;
3075   }
3076
3077
3078   // RootMoveList::sort() sorts the root move list at the beginning of a new
3079   // iteration.
3080
3081   void RootMoveList::sort() {
3082
3083     sort_multipv(count - 1); // Sort all items
3084   }
3085
3086
3087   // RootMoveList::sort_multipv() sorts the first few moves in the root move
3088   // list by their scores and depths. It is used to order the different PVs
3089   // correctly in MultiPV mode.
3090
3091   void RootMoveList::sort_multipv(int n) {
3092
3093     int i,j;
3094
3095     for (i = 1; i <= n; i++)
3096     {
3097         RootMove rm = moves[i];
3098         for (j = i; j > 0 && moves[j - 1] < rm; j--)
3099             moves[j] = moves[j - 1];
3100
3101         moves[j] = rm;
3102     }
3103   }
3104
3105 } // namspace