]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/syzygy/tbprobe.cpp
Merge branch 'master' into clusterMergeMaster11
[stockfish] / src / syzygy / tbprobe.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2020 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include <algorithm>
20 #include <atomic>
21 #include <cstdint>
22 #include <cstring>   // For std::memset and std::memcpy
23 #include <deque>
24 #include <fstream>
25 #include <iostream>
26 #include <list>
27 #include <sstream>
28 #include <type_traits>
29 #include <mutex>
30
31 #include "../bitboard.h"
32 #include "../cluster.h"
33 #include "../movegen.h"
34 #include "../position.h"
35 #include "../search.h"
36 #include "../types.h"
37 #include "../uci.h"
38
39 #include "tbprobe.h"
40
41 #ifndef _WIN32
42 #include <fcntl.h>
43 #include <unistd.h>
44 #include <sys/mman.h>
45 #include <sys/stat.h>
46 #else
47 #define WIN32_LEAN_AND_MEAN
48 #ifndef NOMINMAX
49 #  define NOMINMAX // Disable macros min() and max()
50 #endif
51 #include <windows.h>
52 #endif
53
54 using namespace Tablebases;
55
56 int Tablebases::MaxCardinality;
57
58 namespace {
59
60 constexpr int TBPIECES = 7; // Max number of supported pieces
61
62 enum { BigEndian, LittleEndian };
63 enum TBType { WDL, DTZ }; // Used as template parameter
64
65 // Each table has a set of flags: all of them refer to DTZ tables, the last one to WDL tables
66 enum TBFlag { STM = 1, Mapped = 2, WinPlies = 4, LossPlies = 8, Wide = 16, SingleValue = 128 };
67
68 inline WDLScore operator-(WDLScore d) { return WDLScore(-int(d)); }
69 inline Square operator^(Square s, int i) { return Square(int(s) ^ i); }
70
71 const std::string PieceToChar = " PNBRQK  pnbrqk";
72
73 int MapPawns[SQUARE_NB];
74 int MapB1H1H7[SQUARE_NB];
75 int MapA1D1D4[SQUARE_NB];
76 int MapKK[10][SQUARE_NB]; // [MapA1D1D4][SQUARE_NB]
77
78 int Binomial[6][SQUARE_NB];    // [k][n] k elements from a set of n elements
79 int LeadPawnIdx[6][SQUARE_NB]; // [leadPawnsCnt][SQUARE_NB]
80 int LeadPawnsSize[6][4];       // [leadPawnsCnt][FILE_A..FILE_D]
81
82 // Comparison function to sort leading pawns in ascending MapPawns[] order
83 bool pawns_comp(Square i, Square j) { return MapPawns[i] < MapPawns[j]; }
84 int off_A1H8(Square sq) { return int(rank_of(sq)) - file_of(sq); }
85
86 constexpr Value WDL_to_value[] = {
87    -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1,
88     VALUE_DRAW - 2,
89     VALUE_DRAW,
90     VALUE_DRAW + 2,
91     VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
92 };
93
94 template<typename T, int Half = sizeof(T) / 2, int End = sizeof(T) - 1>
95 inline void swap_endian(T& x)
96 {
97     static_assert(std::is_unsigned<T>::value, "Argument of swap_endian not unsigned");
98
99     uint8_t tmp, *c = (uint8_t*)&x;
100     for (int i = 0; i < Half; ++i)
101         tmp = c[i], c[i] = c[End - i], c[End - i] = tmp;
102 }
103 template<> inline void swap_endian<uint8_t>(uint8_t&) {}
104
105 template<typename T, int LE> T number(void* addr)
106 {
107     static const union { uint32_t i; char c[4]; } Le = { 0x01020304 };
108     static const bool IsLittleEndian = (Le.c[0] == 4);
109
110     T v;
111
112     if ((uintptr_t)addr & (alignof(T) - 1)) // Unaligned pointer (very rare)
113         std::memcpy(&v, addr, sizeof(T));
114     else
115         v = *((T*)addr);
116
117     if (LE != IsLittleEndian)
118         swap_endian(v);
119     return v;
120 }
121
122 // DTZ tables don't store valid scores for moves that reset the rule50 counter
123 // like captures and pawn moves but we can easily recover the correct dtz of the
124 // previous move if we know the position's WDL score.
125 int dtz_before_zeroing(WDLScore wdl) {
126     return wdl == WDLWin         ?  1   :
127            wdl == WDLCursedWin   ?  101 :
128            wdl == WDLBlessedLoss ? -101 :
129            wdl == WDLLoss        ? -1   : 0;
130 }
131
132 // Return the sign of a number (-1, 0, 1)
133 template <typename T> int sign_of(T val) {
134     return (T(0) < val) - (val < T(0));
135 }
136
137 // Numbers in little endian used by sparseIndex[] to point into blockLength[]
138 struct SparseEntry {
139     char block[4];   // Number of block
140     char offset[2];  // Offset within the block
141 };
142
143 static_assert(sizeof(SparseEntry) == 6, "SparseEntry must be 6 bytes");
144
145 typedef uint16_t Sym; // Huffman symbol
146
147 struct LR {
148     enum Side { Left, Right };
149
150     uint8_t lr[3]; // The first 12 bits is the left-hand symbol, the second 12
151                    // bits is the right-hand symbol. If symbol has length 1,
152                    // then the left-hand symbol is the stored value.
153     template<Side S>
154     Sym get() {
155         return S == Left  ? ((lr[1] & 0xF) << 8) | lr[0] :
156                S == Right ?  (lr[2] << 4) | (lr[1] >> 4) : (assert(false), Sym(-1));
157     }
158 };
159
160 static_assert(sizeof(LR) == 3, "LR tree entry must be 3 bytes");
161
162 // Tablebases data layout is structured as following:
163 //
164 //  TBFile:   memory maps/unmaps the physical .rtbw and .rtbz files
165 //  TBTable:  one object for each file with corresponding indexing information
166 //  TBTables: has ownership of TBTable objects, keeping a list and a hash
167
168 // class TBFile memory maps/unmaps the single .rtbw and .rtbz files. Files are
169 // memory mapped for best performance. Files are mapped at first access: at init
170 // time only existence of the file is checked.
171 class TBFile : public std::ifstream {
172
173     std::string fname;
174
175 public:
176     // Look for and open the file among the Paths directories where the .rtbw
177     // and .rtbz files can be found. Multiple directories are separated by ";"
178     // on Windows and by ":" on Unix-based operating systems.
179     //
180     // Example:
181     // C:\tb\wdl345;C:\tb\wdl6;D:\tb\dtz345;D:\tb\dtz6
182     static std::string Paths;
183
184     TBFile(const std::string& f) {
185
186 #ifndef _WIN32
187         constexpr char SepChar = ':';
188 #else
189         constexpr char SepChar = ';';
190 #endif
191         std::stringstream ss(Paths);
192         std::string path;
193
194         while (std::getline(ss, path, SepChar)) {
195             fname = path + "/" + f;
196             std::ifstream::open(fname);
197             if (is_open())
198                 return;
199         }
200     }
201
202     // Memory map the file and check it. File should be already open and will be
203     // closed after mapping.
204     uint8_t* map(void** baseAddress, uint64_t* mapping, TBType type) {
205
206         assert(is_open());
207
208         close(); // Need to re-open to get native file descriptor
209
210 #ifndef _WIN32
211         struct stat statbuf;
212         int fd = ::open(fname.c_str(), O_RDONLY);
213
214         if (fd == -1)
215             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
216
217         fstat(fd, &statbuf);
218
219         if (statbuf.st_size % 64 != 16)
220         {
221             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
222             exit(EXIT_FAILURE);
223         }
224
225         *mapping = statbuf.st_size;
226         *baseAddress = mmap(nullptr, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
227 #if defined(MADV_RANDOM)
228         madvise(*baseAddress, statbuf.st_size, MADV_RANDOM);
229 #endif
230         ::close(fd);
231
232         if (*baseAddress == MAP_FAILED)
233         {
234             std::cerr << "Could not mmap() " << fname << std::endl;
235             exit(EXIT_FAILURE);
236         }
237 #else
238         // Note FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS is only a hint to Windows and as such may get ignored.
239         HANDLE fd = CreateFile(fname.c_str(), GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, nullptr,
240                                OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, nullptr);
241
242         if (fd == INVALID_HANDLE_VALUE)
243             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
244
245         DWORD size_high;
246         DWORD size_low = GetFileSize(fd, &size_high);
247
248         if (size_low % 64 != 16)
249         {
250             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
251             exit(EXIT_FAILURE);
252         }
253
254         HANDLE mmap = CreateFileMapping(fd, nullptr, PAGE_READONLY, size_high, size_low, nullptr);
255         CloseHandle(fd);
256
257         if (!mmap)
258         {
259             std::cerr << "CreateFileMapping() failed" << std::endl;
260             exit(EXIT_FAILURE);
261         }
262
263         *mapping = (uint64_t)mmap;
264         *baseAddress = MapViewOfFile(mmap, FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);
265
266         if (!*baseAddress)
267         {
268             std::cerr << "MapViewOfFile() failed, name = " << fname
269                       << ", error = " << GetLastError() << std::endl;
270             exit(EXIT_FAILURE);
271         }
272 #endif
273         uint8_t* data = (uint8_t*)*baseAddress;
274
275         constexpr uint8_t Magics[][4] = { { 0xD7, 0x66, 0x0C, 0xA5 },
276                                           { 0x71, 0xE8, 0x23, 0x5D } };
277
278         if (memcmp(data, Magics[type == WDL], 4))
279         {
280             std::cerr << "Corrupted table in file " << fname << std::endl;
281             unmap(*baseAddress, *mapping);
282             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
283         }
284
285         return data + 4; // Skip Magics's header
286     }
287
288     static void unmap(void* baseAddress, uint64_t mapping) {
289
290 #ifndef _WIN32
291         munmap(baseAddress, mapping);
292 #else
293         UnmapViewOfFile(baseAddress);
294         CloseHandle((HANDLE)mapping);
295 #endif
296     }
297 };
298
299 std::string TBFile::Paths;
300
301 // struct PairsData contains low level indexing information to access TB data.
302 // There are 8, 4 or 2 PairsData records for each TBTable, according to type of
303 // table and if positions have pawns or not. It is populated at first access.
304 struct PairsData {
305     uint8_t flags;                 // Table flags, see enum TBFlag
306     uint8_t maxSymLen;             // Maximum length in bits of the Huffman symbols
307     uint8_t minSymLen;             // Minimum length in bits of the Huffman symbols
308     uint32_t blocksNum;            // Number of blocks in the TB file
309     size_t sizeofBlock;            // Block size in bytes
310     size_t span;                   // About every span values there is a SparseIndex[] entry
311     Sym* lowestSym;                // lowestSym[l] is the symbol of length l with the lowest value
312     LR* btree;                     // btree[sym] stores the left and right symbols that expand sym
313     uint16_t* blockLength;         // Number of stored positions (minus one) for each block: 1..65536
314     uint32_t blockLengthSize;      // Size of blockLength[] table: padded so it's bigger than blocksNum
315     SparseEntry* sparseIndex;      // Partial indices into blockLength[]
316     size_t sparseIndexSize;        // Size of SparseIndex[] table
317     uint8_t* data;                 // Start of Huffman compressed data
318     std::vector<uint64_t> base64;  // base64[l - min_sym_len] is the 64bit-padded lowest symbol of length l
319     std::vector<uint8_t> symlen;   // Number of values (-1) represented by a given Huffman symbol: 1..256
320     Piece pieces[TBPIECES];        // Position pieces: the order of pieces defines the groups
321     uint64_t groupIdx[TBPIECES+1]; // Start index used for the encoding of the group's pieces
322     int groupLen[TBPIECES+1];      // Number of pieces in a given group: KRKN -> (3, 1)
323     uint16_t map_idx[4];           // WDLWin, WDLLoss, WDLCursedWin, WDLBlessedLoss (used in DTZ)
324 };
325
326 // struct TBTable contains indexing information to access the corresponding TBFile.
327 // There are 2 types of TBTable, corresponding to a WDL or a DTZ file. TBTable
328 // is populated at init time but the nested PairsData records are populated at
329 // first access, when the corresponding file is memory mapped.
330 template<TBType Type>
331 struct TBTable {
332     typedef typename std::conditional<Type == WDL, WDLScore, int>::type Ret;
333
334     static constexpr int Sides = Type == WDL ? 2 : 1;
335
336     std::atomic_bool ready;
337     void* baseAddress;
338     uint8_t* map;
339     uint64_t mapping;
340     Key key;
341     Key key2;
342     int pieceCount;
343     bool hasPawns;
344     bool hasUniquePieces;
345     uint8_t pawnCount[2]; // [Lead color / other color]
346     PairsData items[Sides][4]; // [wtm / btm][FILE_A..FILE_D or 0]
347
348     PairsData* get(int stm, int f) {
349         return &items[stm % Sides][hasPawns ? f : 0];
350     }
351
352     TBTable() : ready(false), baseAddress(nullptr) {}
353     explicit TBTable(const std::string& code);
354     explicit TBTable(const TBTable<WDL>& wdl);
355
356     ~TBTable() {
357         if (baseAddress)
358             TBFile::unmap(baseAddress, mapping);
359     }
360 };
361
362 template<>
363 TBTable<WDL>::TBTable(const std::string& code) : TBTable() {
364
365     StateInfo st;
366     Position pos;
367
368     key = pos.set(code, WHITE, &st).material_key();
369     pieceCount = pos.count<ALL_PIECES>();
370     hasPawns = pos.pieces(PAWN);
371
372     hasUniquePieces = false;
373     for (Color c : { WHITE, BLACK })
374         for (PieceType pt = PAWN; pt < KING; ++pt)
375             if (popcount(pos.pieces(c, pt)) == 1)
376                 hasUniquePieces = true;
377
378     // Set the leading color. In case both sides have pawns the leading color
379     // is the side with less pawns because this leads to better compression.
380     bool c =   !pos.count<PAWN>(BLACK)
381             || (   pos.count<PAWN>(WHITE)
382                 && pos.count<PAWN>(BLACK) >= pos.count<PAWN>(WHITE));
383
384     pawnCount[0] = pos.count<PAWN>(c ? WHITE : BLACK);
385     pawnCount[1] = pos.count<PAWN>(c ? BLACK : WHITE);
386
387     key2 = pos.set(code, BLACK, &st).material_key();
388 }
389
390 template<>
391 TBTable<DTZ>::TBTable(const TBTable<WDL>& wdl) : TBTable() {
392
393     // Use the corresponding WDL table to avoid recalculating all from scratch
394     key = wdl.key;
395     key2 = wdl.key2;
396     pieceCount = wdl.pieceCount;
397     hasPawns = wdl.hasPawns;
398     hasUniquePieces = wdl.hasUniquePieces;
399     pawnCount[0] = wdl.pawnCount[0];
400     pawnCount[1] = wdl.pawnCount[1];
401 }
402
403 // class TBTables creates and keeps ownership of the TBTable objects, one for
404 // each TB file found. It supports a fast, hash based, table lookup. Populated
405 // at init time, accessed at probe time.
406 class TBTables {
407
408     struct Entry
409     {
410         Key key;
411         TBTable<WDL>* wdl;
412         TBTable<DTZ>* dtz;
413
414         template <TBType Type>
415         TBTable<Type>* get() const {
416             return (TBTable<Type>*)(Type == WDL ? (void*)wdl : (void*)dtz);
417         }
418     };
419
420     static constexpr int Size = 1 << 12; // 4K table, indexed by key's 12 lsb
421     static constexpr int Overflow = 1;  // Number of elements allowed to map to the last bucket
422
423     Entry hashTable[Size + Overflow];
424
425     std::deque<TBTable<WDL>> wdlTable;
426     std::deque<TBTable<DTZ>> dtzTable;
427
428     void insert(Key key, TBTable<WDL>* wdl, TBTable<DTZ>* dtz) {
429         uint32_t homeBucket = (uint32_t)key & (Size - 1);
430         Entry entry{ key, wdl, dtz };
431
432         // Ensure last element is empty to avoid overflow when looking up
433         for (uint32_t bucket = homeBucket; bucket < Size + Overflow - 1; ++bucket) {
434             Key otherKey = hashTable[bucket].key;
435             if (otherKey == key || !hashTable[bucket].get<WDL>()) {
436                 hashTable[bucket] = entry;
437                 return;
438             }
439
440             // Robin Hood hashing: If we've probed for longer than this element,
441             // insert here and search for a new spot for the other element instead.
442             uint32_t otherHomeBucket = (uint32_t)otherKey & (Size - 1);
443             if (otherHomeBucket > homeBucket) {
444                 std::swap(entry, hashTable[bucket]);
445                 key = otherKey;
446                 homeBucket = otherHomeBucket;
447             }
448         }
449         std::cerr << "TB hash table size too low!" << std::endl;
450         exit(EXIT_FAILURE);
451     }
452
453 public:
454     template<TBType Type>
455     TBTable<Type>* get(Key key) {
456         for (const Entry* entry = &hashTable[(uint32_t)key & (Size - 1)]; ; ++entry) {
457             if (entry->key == key || !entry->get<Type>())
458                 return entry->get<Type>();
459         }
460     }
461
462     void clear() {
463         memset(hashTable, 0, sizeof(hashTable));
464         wdlTable.clear();
465         dtzTable.clear();
466     }
467     size_t size() const { return wdlTable.size(); }
468     void add(const std::vector<PieceType>& pieces);
469 };
470
471 TBTables TBTables;
472
473 // If the corresponding file exists two new objects TBTable<WDL> and TBTable<DTZ>
474 // are created and added to the lists and hash table. Called at init time.
475 void TBTables::add(const std::vector<PieceType>& pieces) {
476
477     std::string code;
478
479     for (PieceType pt : pieces)
480         code += PieceToChar[pt];
481
482     TBFile file(code.insert(code.find('K', 1), "v") + ".rtbw"); // KRK -> KRvK
483
484     if (!file.is_open()) // Only WDL file is checked
485         return;
486
487     file.close();
488
489     MaxCardinality = std::max((int)pieces.size(), MaxCardinality);
490
491     wdlTable.emplace_back(code);
492     dtzTable.emplace_back(wdlTable.back());
493
494     // Insert into the hash keys for both colors: KRvK with KR white and black
495     insert(wdlTable.back().key , &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
496     insert(wdlTable.back().key2, &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
497 }
498
499 // TB tables are compressed with canonical Huffman code. The compressed data is divided into
500 // blocks of size d->sizeofBlock, and each block stores a variable number of symbols.
501 // Each symbol represents either a WDL or a (remapped) DTZ value, or a pair of other symbols
502 // (recursively). If you keep expanding the symbols in a block, you end up with up to 65536
503 // WDL or DTZ values. Each symbol represents up to 256 values and will correspond after
504 // Huffman coding to at least 1 bit. So a block of 32 bytes corresponds to at most
505 // 32 x 8 x 256 = 65536 values. This maximum is only reached for tables that consist mostly
506 // of draws or mostly of wins, but such tables are actually quite common. In principle, the
507 // blocks in WDL tables are 64 bytes long (and will be aligned on cache lines). But for
508 // mostly-draw or mostly-win tables this can leave many 64-byte blocks only half-filled, so
509 // in such cases blocks are 32 bytes long. The blocks of DTZ tables are up to 1024 bytes long.
510 // The generator picks the size that leads to the smallest table. The "book" of symbols and
511 // Huffman codes is the same for all blocks in the table. A non-symmetric pawnless TB file
512 // will have one table for wtm and one for btm, a TB file with pawns will have tables per
513 // file a,b,c,d also in this case one set for wtm and one for btm.
514 int decompress_pairs(PairsData* d, uint64_t idx) {
515
516     // Special case where all table positions store the same value
517     if (d->flags & TBFlag::SingleValue)
518         return d->minSymLen;
519
520     // First we need to locate the right block that stores the value at index "idx".
521     // Because each block n stores blockLength[n] + 1 values, the index i of the block
522     // that contains the value at position idx is:
523     //
524     //                    for (i = -1, sum = 0; sum <= idx; i++)
525     //                        sum += blockLength[i + 1] + 1;
526     //
527     // This can be slow, so we use SparseIndex[] populated with a set of SparseEntry that
528     // point to known indices into blockLength[]. Namely SparseIndex[k] is a SparseEntry
529     // that stores the blockLength[] index and the offset within that block of the value
530     // with index I(k), where:
531     //
532     //       I(k) = k * d->span + d->span / 2      (1)
533
534     // First step is to get the 'k' of the I(k) nearest to our idx, using definition (1)
535     uint32_t k = uint32_t(idx / d->span);
536
537     // Then we read the corresponding SparseIndex[] entry
538     uint32_t block = number<uint32_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].block);
539     int offset     = number<uint16_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].offset);
540
541     // Now compute the difference idx - I(k). From definition of k we know that
542     //
543     //       idx = k * d->span + idx % d->span    (2)
544     //
545     // So from (1) and (2) we can compute idx - I(K):
546     int diff = idx % d->span - d->span / 2;
547
548     // Sum the above to offset to find the offset corresponding to our idx
549     offset += diff;
550
551     // Move to previous/next block, until we reach the correct block that contains idx,
552     // that is when 0 <= offset <= d->blockLength[block]
553     while (offset < 0)
554         offset += d->blockLength[--block] + 1;
555
556     while (offset > d->blockLength[block])
557         offset -= d->blockLength[block++] + 1;
558
559     // Finally, we find the start address of our block of canonical Huffman symbols
560     uint32_t* ptr = (uint32_t*)(d->data + ((uint64_t)block * d->sizeofBlock));
561
562     // Read the first 64 bits in our block, this is a (truncated) sequence of
563     // unknown number of symbols of unknown length but we know the first one
564     // is at the beginning of this 64 bits sequence.
565     uint64_t buf64 = number<uint64_t, BigEndian>(ptr); ptr += 2;
566     int buf64Size = 64;
567     Sym sym;
568
569     while (true) {
570         int len = 0; // This is the symbol length - d->min_sym_len
571
572         // Now get the symbol length. For any symbol s64 of length l right-padded
573         // to 64 bits we know that d->base64[l-1] >= s64 >= d->base64[l] so we
574         // can find the symbol length iterating through base64[].
575         while (buf64 < d->base64[len])
576             ++len;
577
578         // All the symbols of a given length are consecutive integers (numerical
579         // sequence property), so we can compute the offset of our symbol of
580         // length len, stored at the beginning of buf64.
581         sym = Sym((buf64 - d->base64[len]) >> (64 - len - d->minSymLen));
582
583         // Now add the value of the lowest symbol of length len to get our symbol
584         sym += number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[len]);
585
586         // If our offset is within the number of values represented by symbol sym
587         // we are done...
588         if (offset < d->symlen[sym] + 1)
589             break;
590
591         // ...otherwise update the offset and continue to iterate
592         offset -= d->symlen[sym] + 1;
593         len += d->minSymLen; // Get the real length
594         buf64 <<= len;       // Consume the just processed symbol
595         buf64Size -= len;
596
597         if (buf64Size <= 32) { // Refill the buffer
598             buf64Size += 32;
599             buf64 |= (uint64_t)number<uint32_t, BigEndian>(ptr++) << (64 - buf64Size);
600         }
601     }
602
603     // Ok, now we have our symbol that expands into d->symlen[sym] + 1 symbols.
604     // We binary-search for our value recursively expanding into the left and
605     // right child symbols until we reach a leaf node where symlen[sym] + 1 == 1
606     // that will store the value we need.
607     while (d->symlen[sym]) {
608
609         Sym left = d->btree[sym].get<LR::Left>();
610
611         // If a symbol contains 36 sub-symbols (d->symlen[sym] + 1 = 36) and
612         // expands in a pair (d->symlen[left] = 23, d->symlen[right] = 11), then
613         // we know that, for instance the ten-th value (offset = 10) will be on
614         // the left side because in Recursive Pairing child symbols are adjacent.
615         if (offset < d->symlen[left] + 1)
616             sym = left;
617         else {
618             offset -= d->symlen[left] + 1;
619             sym = d->btree[sym].get<LR::Right>();
620         }
621     }
622
623     return d->btree[sym].get<LR::Left>();
624 }
625
626 bool check_dtz_stm(TBTable<WDL>*, int, File) { return true; }
627
628 bool check_dtz_stm(TBTable<DTZ>* entry, int stm, File f) {
629
630     auto flags = entry->get(stm, f)->flags;
631     return   (flags & TBFlag::STM) == stm
632           || ((entry->key == entry->key2) && !entry->hasPawns);
633 }
634
635 // DTZ scores are sorted by frequency of occurrence and then assigned the
636 // values 0, 1, 2, ... in order of decreasing frequency. This is done for each
637 // of the four WDLScore values. The mapping information necessary to reconstruct
638 // the original values is stored in the TB file and read during map[] init.
639 WDLScore map_score(TBTable<WDL>*, File, int value, WDLScore) { return WDLScore(value - 2); }
640
641 int map_score(TBTable<DTZ>* entry, File f, int value, WDLScore wdl) {
642
643     constexpr int WDLMap[] = { 1, 3, 0, 2, 0 };
644
645     auto flags = entry->get(0, f)->flags;
646
647     uint8_t* map = entry->map;
648     uint16_t* idx = entry->get(0, f)->map_idx;
649     if (flags & TBFlag::Mapped) {
650         if (flags & TBFlag::Wide)
651             value = ((uint16_t *)map)[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
652         else
653             value = map[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
654     }
655
656     // DTZ tables store distance to zero in number of moves or plies. We
657     // want to return plies, so we have convert to plies when needed.
658     if (   (wdl == WDLWin  && !(flags & TBFlag::WinPlies))
659         || (wdl == WDLLoss && !(flags & TBFlag::LossPlies))
660         ||  wdl == WDLCursedWin
661         ||  wdl == WDLBlessedLoss)
662         value *= 2;
663
664     return value + 1;
665 }
666
667 // Compute a unique index out of a position and use it to probe the TB file. To
668 // encode k pieces of same type and color, first sort the pieces by square in
669 // ascending order s1 <= s2 <= ... <= sk then compute the unique index as:
670 //
671 //      idx = Binomial[1][s1] + Binomial[2][s2] + ... + Binomial[k][sk]
672 //
673 template<typename T, typename Ret = typename T::Ret>
674 Ret do_probe_table(const Position& pos, T* entry, WDLScore wdl, ProbeState* result) {
675
676     Square squares[TBPIECES];
677     Piece pieces[TBPIECES];
678     uint64_t idx;
679     int next = 0, size = 0, leadPawnsCnt = 0;
680     PairsData* d;
681     Bitboard b, leadPawns = 0;
682     File tbFile = FILE_A;
683
684     // A given TB entry like KRK has associated two material keys: KRvk and Kvkr.
685     // If both sides have the same pieces keys are equal. In this case TB tables
686     // only store the 'white to move' case, so if the position to lookup has black
687     // to move, we need to switch the color and flip the squares before to lookup.
688     bool symmetricBlackToMove = (entry->key == entry->key2 && pos.side_to_move());
689
690     // TB files are calculated for white as stronger side. For instance we have
691     // KRvK, not KvKR. A position where stronger side is white will have its
692     // material key == entry->key, otherwise we have to switch the color and
693     // flip the squares before to lookup.
694     bool blackStronger = (pos.material_key() != entry->key);
695
696     int flipColor   = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 8;
697     int flipSquares = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 56;
698     int stm         = (symmetricBlackToMove || blackStronger) ^ pos.side_to_move();
699
700     // For pawns, TB files store 4 separate tables according if leading pawn is on
701     // file a, b, c or d after reordering. The leading pawn is the one with maximum
702     // MapPawns[] value, that is the one most toward the edges and with lowest rank.
703     if (entry->hasPawns) {
704
705         // In all the 4 tables, pawns are at the beginning of the piece sequence and
706         // their color is the reference one. So we just pick the first one.
707         Piece pc = Piece(entry->get(0, 0)->pieces[0] ^ flipColor);
708
709         assert(type_of(pc) == PAWN);
710
711         leadPawns = b = pos.pieces(color_of(pc), PAWN);
712         do
713             squares[size++] = pop_lsb(&b) ^ flipSquares;
714         while (b);
715
716         leadPawnsCnt = size;
717
718         std::swap(squares[0], *std::max_element(squares, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp));
719
720         tbFile = File(edge_distance(file_of(squares[0])));
721     }
722
723     // DTZ tables are one-sided, i.e. they store positions only for white to
724     // move or only for black to move, so check for side to move to be stm,
725     // early exit otherwise.
726     if (!check_dtz_stm(entry, stm, tbFile))
727         return *result = CHANGE_STM, Ret();
728
729     // Now we are ready to get all the position pieces (but the lead pawns) and
730     // directly map them to the correct color and square.
731     b = pos.pieces() ^ leadPawns;
732     do {
733         Square s = pop_lsb(&b);
734         squares[size] = s ^ flipSquares;
735         pieces[size++] = Piece(pos.piece_on(s) ^ flipColor);
736     } while (b);
737
738     assert(size >= 2);
739
740     d = entry->get(stm, tbFile);
741
742     // Then we reorder the pieces to have the same sequence as the one stored
743     // in pieces[i]: the sequence that ensures the best compression.
744     for (int i = leadPawnsCnt; i < size - 1; ++i)
745         for (int j = i + 1; j < size; ++j)
746             if (d->pieces[i] == pieces[j])
747             {
748                 std::swap(pieces[i], pieces[j]);
749                 std::swap(squares[i], squares[j]);
750                 break;
751             }
752
753     // Now we map again the squares so that the square of the lead piece is in
754     // the triangle A1-D1-D4.
755     if (file_of(squares[0]) > FILE_D)
756         for (int i = 0; i < size; ++i)
757             squares[i] = flip_file(squares[i]);
758
759     // Encode leading pawns starting with the one with minimum MapPawns[] and
760     // proceeding in ascending order.
761     if (entry->hasPawns) {
762         idx = LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][squares[0]];
763
764         std::stable_sort(squares + 1, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp);
765
766         for (int i = 1; i < leadPawnsCnt; ++i)
767             idx += Binomial[i][MapPawns[squares[i]]];
768
769         goto encode_remaining; // With pawns we have finished special treatments
770     }
771
772     // In positions withouth pawns, we further flip the squares to ensure leading
773     // piece is below RANK_5.
774     if (rank_of(squares[0]) > RANK_4)
775         for (int i = 0; i < size; ++i)
776             squares[i] = flip_rank(squares[i]);
777
778     // Look for the first piece of the leading group not on the A1-D4 diagonal
779     // and ensure it is mapped below the diagonal.
780     for (int i = 0; i < d->groupLen[0]; ++i) {
781         if (!off_A1H8(squares[i]))
782             continue;
783
784         if (off_A1H8(squares[i]) > 0) // A1-H8 diagonal flip: SQ_A3 -> SQ_C1
785             for (int j = i; j < size; ++j)
786                 squares[j] = Square(((squares[j] >> 3) | (squares[j] << 3)) & 63);
787         break;
788     }
789
790     // Encode the leading group.
791     //
792     // Suppose we have KRvK. Let's say the pieces are on square numbers wK, wR
793     // and bK (each 0...63). The simplest way to map this position to an index
794     // is like this:
795     //
796     //   index = wK * 64 * 64 + wR * 64 + bK;
797     //
798     // But this way the TB is going to have 64*64*64 = 262144 positions, with
799     // lots of positions being equivalent (because they are mirrors of each
800     // other) and lots of positions being invalid (two pieces on one square,
801     // adjacent kings, etc.).
802     // Usually the first step is to take the wK and bK together. There are just
803     // 462 ways legal and not-mirrored ways to place the wK and bK on the board.
804     // Once we have placed the wK and bK, there are 62 squares left for the wR
805     // Mapping its square from 0..63 to available squares 0..61 can be done like:
806     //
807     //   wR -= (wR > wK) + (wR > bK);
808     //
809     // In words: if wR "comes later" than wK, we deduct 1, and the same if wR
810     // "comes later" than bK. In case of two same pieces like KRRvK we want to
811     // place the two Rs "together". If we have 62 squares left, we can place two
812     // Rs "together" in 62 * 61 / 2 ways (we divide by 2 because rooks can be
813     // swapped and still get the same position.)
814     //
815     // In case we have at least 3 unique pieces (inlcuded kings) we encode them
816     // together.
817     if (entry->hasUniquePieces) {
818
819         int adjust1 =  squares[1] > squares[0];
820         int adjust2 = (squares[2] > squares[0]) + (squares[2] > squares[1]);
821
822         // First piece is below a1-h8 diagonal. MapA1D1D4[] maps the b1-d1-d3
823         // triangle to 0...5. There are 63 squares for second piece and and 62
824         // (mapped to 0...61) for the third.
825         if (off_A1H8(squares[0]))
826             idx = (   MapA1D1D4[squares[0]]  * 63
827                    + (squares[1] - adjust1)) * 62
828                    +  squares[2] - adjust2;
829
830         // First piece is on a1-h8 diagonal, second below: map this occurence to
831         // 6 to differentiate from the above case, rank_of() maps a1-d4 diagonal
832         // to 0...3 and finally MapB1H1H7[] maps the b1-h1-h7 triangle to 0..27.
833         else if (off_A1H8(squares[1]))
834             idx = (  6 * 63 + rank_of(squares[0]) * 28
835                    + MapB1H1H7[squares[1]])       * 62
836                    + squares[2] - adjust2;
837
838         // First two pieces are on a1-h8 diagonal, third below
839         else if (off_A1H8(squares[2]))
840             idx =  6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62
841                  +  rank_of(squares[0])        * 7 * 28
842                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1) * 28
843                  +  MapB1H1H7[squares[2]];
844
845         // All 3 pieces on the diagonal a1-h8
846         else
847             idx = 6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62 + 4 * 7 * 28
848                  +  rank_of(squares[0])         * 7 * 6
849                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1)  * 6
850                  + (rank_of(squares[2]) - adjust2);
851     } else
852         // We don't have at least 3 unique pieces, like in KRRvKBB, just map
853         // the kings.
854         idx = MapKK[MapA1D1D4[squares[0]]][squares[1]];
855
856 encode_remaining:
857     idx *= d->groupIdx[0];
858     Square* groupSq = squares + d->groupLen[0];
859
860     // Encode remainig pawns then pieces according to square, in ascending order
861     bool remainingPawns = entry->hasPawns && entry->pawnCount[1];
862
863     while (d->groupLen[++next])
864     {
865         std::stable_sort(groupSq, groupSq + d->groupLen[next]);
866         uint64_t n = 0;
867
868         // Map down a square if "comes later" than a square in the previous
869         // groups (similar to what done earlier for leading group pieces).
870         for (int i = 0; i < d->groupLen[next]; ++i)
871         {
872             auto f = [&](Square s) { return groupSq[i] > s; };
873             auto adjust = std::count_if(squares, groupSq, f);
874             n += Binomial[i + 1][groupSq[i] - adjust - 8 * remainingPawns];
875         }
876
877         remainingPawns = false;
878         idx += n * d->groupIdx[next];
879         groupSq += d->groupLen[next];
880     }
881
882     // Now that we have the index, decompress the pair and get the score
883     return map_score(entry, tbFile, decompress_pairs(d, idx), wdl);
884 }
885
886 // Group together pieces that will be encoded together. The general rule is that
887 // a group contains pieces of same type and color. The exception is the leading
888 // group that, in case of positions withouth pawns, can be formed by 3 different
889 // pieces (default) or by the king pair when there is not a unique piece apart
890 // from the kings. When there are pawns, pawns are always first in pieces[].
891 //
892 // As example KRKN -> KRK + N, KNNK -> KK + NN, KPPKP -> P + PP + K + K
893 //
894 // The actual grouping depends on the TB generator and can be inferred from the
895 // sequence of pieces in piece[] array.
896 template<typename T>
897 void set_groups(T& e, PairsData* d, int order[], File f) {
898
899     int n = 0, firstLen = e.hasPawns ? 0 : e.hasUniquePieces ? 3 : 2;
900     d->groupLen[n] = 1;
901
902     // Number of pieces per group is stored in groupLen[], for instance in KRKN
903     // the encoder will default on '111', so groupLen[] will be (3, 1).
904     for (int i = 1; i < e.pieceCount; ++i)
905         if (--firstLen > 0 || d->pieces[i] == d->pieces[i - 1])
906             d->groupLen[n]++;
907         else
908             d->groupLen[++n] = 1;
909
910     d->groupLen[++n] = 0; // Zero-terminated
911
912     // The sequence in pieces[] defines the groups, but not the order in which
913     // they are encoded. If the pieces in a group g can be combined on the board
914     // in N(g) different ways, then the position encoding will be of the form:
915     //
916     //           g1 * N(g2) * N(g3) + g2 * N(g3) + g3
917     //
918     // This ensures unique encoding for the whole position. The order of the
919     // groups is a per-table parameter and could not follow the canonical leading
920     // pawns/pieces -> remainig pawns -> remaining pieces. In particular the
921     // first group is at order[0] position and the remaining pawns, when present,
922     // are at order[1] position.
923     bool pp = e.hasPawns && e.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
924     int next = pp ? 2 : 1;
925     int freeSquares = 64 - d->groupLen[0] - (pp ? d->groupLen[1] : 0);
926     uint64_t idx = 1;
927
928     for (int k = 0; next < n || k == order[0] || k == order[1]; ++k)
929         if (k == order[0]) // Leading pawns or pieces
930         {
931             d->groupIdx[0] = idx;
932             idx *=         e.hasPawns ? LeadPawnsSize[d->groupLen[0]][f]
933                   : e.hasUniquePieces ? 31332 : 462;
934         }
935         else if (k == order[1]) // Remaining pawns
936         {
937             d->groupIdx[1] = idx;
938             idx *= Binomial[d->groupLen[1]][48 - d->groupLen[0]];
939         }
940         else // Remainig pieces
941         {
942             d->groupIdx[next] = idx;
943             idx *= Binomial[d->groupLen[next]][freeSquares];
944             freeSquares -= d->groupLen[next++];
945         }
946
947     d->groupIdx[n] = idx;
948 }
949
950 // In Recursive Pairing each symbol represents a pair of childern symbols. So
951 // read d->btree[] symbols data and expand each one in his left and right child
952 // symbol until reaching the leafs that represent the symbol value.
953 uint8_t set_symlen(PairsData* d, Sym s, std::vector<bool>& visited) {
954
955     visited[s] = true; // We can set it now because tree is acyclic
956     Sym sr = d->btree[s].get<LR::Right>();
957
958     if (sr == 0xFFF)
959         return 0;
960
961     Sym sl = d->btree[s].get<LR::Left>();
962
963     if (!visited[sl])
964         d->symlen[sl] = set_symlen(d, sl, visited);
965
966     if (!visited[sr])
967         d->symlen[sr] = set_symlen(d, sr, visited);
968
969     return d->symlen[sl] + d->symlen[sr] + 1;
970 }
971
972 uint8_t* set_sizes(PairsData* d, uint8_t* data) {
973
974     d->flags = *data++;
975
976     if (d->flags & TBFlag::SingleValue) {
977         d->blocksNum = d->blockLengthSize = 0;
978         d->span = d->sparseIndexSize = 0; // Broken MSVC zero-init
979         d->minSymLen = *data++; // Here we store the single value
980         return data;
981     }
982
983     // groupLen[] is a zero-terminated list of group lengths, the last groupIdx[]
984     // element stores the biggest index that is the tb size.
985     uint64_t tbSize = d->groupIdx[std::find(d->groupLen, d->groupLen + 7, 0) - d->groupLen];
986
987     d->sizeofBlock = 1ULL << *data++;
988     d->span = 1ULL << *data++;
989     d->sparseIndexSize = size_t((tbSize + d->span - 1) / d->span); // Round up
990     auto padding = number<uint8_t, LittleEndian>(data++);
991     d->blocksNum = number<uint32_t, LittleEndian>(data); data += sizeof(uint32_t);
992     d->blockLengthSize = d->blocksNum + padding; // Padded to ensure SparseIndex[]
993                                                  // does not point out of range.
994     d->maxSymLen = *data++;
995     d->minSymLen = *data++;
996     d->lowestSym = (Sym*)data;
997     d->base64.resize(d->maxSymLen - d->minSymLen + 1);
998
999     // The canonical code is ordered such that longer symbols (in terms of
1000     // the number of bits of their Huffman code) have lower numeric value,
1001     // so that d->lowestSym[i] >= d->lowestSym[i+1] (when read as LittleEndian).
1002     // Starting from this we compute a base64[] table indexed by symbol length
1003     // and containing 64 bit values so that d->base64[i] >= d->base64[i+1].
1004     // See http://www.eecs.harvard.edu/~michaelm/E210/huffman.pdf
1005     for (int i = d->base64.size() - 2; i >= 0; --i) {
1006         d->base64[i] = (d->base64[i + 1] + number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i])
1007                                          - number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i + 1])) / 2;
1008
1009         assert(d->base64[i] * 2 >= d->base64[i+1]);
1010     }
1011
1012     // Now left-shift by an amount so that d->base64[i] gets shifted 1 bit more
1013     // than d->base64[i+1] and given the above assert condition, we ensure that
1014     // d->base64[i] >= d->base64[i+1]. Moreover for any symbol s64 of length i
1015     // and right-padded to 64 bits holds d->base64[i-1] >= s64 >= d->base64[i].
1016     for (size_t i = 0; i < d->base64.size(); ++i)
1017         d->base64[i] <<= 64 - i - d->minSymLen; // Right-padding to 64 bits
1018
1019     data += d->base64.size() * sizeof(Sym);
1020     d->symlen.resize(number<uint16_t, LittleEndian>(data)); data += sizeof(uint16_t);
1021     d->btree = (LR*)data;
1022
1023     // The compression scheme used is "Recursive Pairing", that replaces the most
1024     // frequent adjacent pair of symbols in the source message by a new symbol,
1025     // reevaluating the frequencies of all of the symbol pairs with respect to
1026     // the extended alphabet, and then repeating the process.
1027     // See http://www.larsson.dogma.net/dcc99.pdf
1028     std::vector<bool> visited(d->symlen.size());
1029
1030     for (Sym sym = 0; sym < d->symlen.size(); ++sym)
1031         if (!visited[sym])
1032             d->symlen[sym] = set_symlen(d, sym, visited);
1033
1034     return data + d->symlen.size() * sizeof(LR) + (d->symlen.size() & 1);
1035 }
1036
1037 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<WDL>&, uint8_t* data, File) { return data; }
1038
1039 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<DTZ>& e, uint8_t* data, File maxFile) {
1040
1041     e.map = data;
1042
1043     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f) {
1044         auto flags = e.get(0, f)->flags;
1045         if (flags & TBFlag::Mapped) {
1046             if (flags & TBFlag::Wide) {
1047                 data += (uintptr_t)data & 1;  // Word alignment, we may have a mixed table
1048                 for (int i = 0; i < 4; ++i) { // Sequence like 3,x,x,x,1,x,0,2,x,x
1049                     e.get(0, f)->map_idx[i] = (uint16_t)((uint16_t *)data - (uint16_t *)e.map + 1);
1050                     data += 2 * number<uint16_t, LittleEndian>(data) + 2;
1051                 }
1052             }
1053             else {
1054                 for (int i = 0; i < 4; ++i) {
1055                     e.get(0, f)->map_idx[i] = (uint16_t)(data - e.map + 1);
1056                     data += *data + 1;
1057                 }
1058             }
1059         }
1060     }
1061
1062     return data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1063 }
1064
1065 // Populate entry's PairsData records with data from the just memory mapped file.
1066 // Called at first access.
1067 template<typename T>
1068 void set(T& e, uint8_t* data) {
1069
1070     PairsData* d;
1071
1072     enum { Split = 1, HasPawns = 2 };
1073
1074     assert(e.hasPawns        == bool(*data & HasPawns));
1075     assert((e.key != e.key2) == bool(*data & Split));
1076
1077     data++; // First byte stores flags
1078
1079     const int sides = T::Sides == 2 && (e.key != e.key2) ? 2 : 1;
1080     const File maxFile = e.hasPawns ? FILE_D : FILE_A;
1081
1082     bool pp = e.hasPawns && e.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
1083
1084     assert(!pp || e.pawnCount[0]);
1085
1086     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f) {
1087
1088         for (int i = 0; i < sides; i++)
1089             *e.get(i, f) = PairsData();
1090
1091         int order[][2] = { { *data & 0xF, pp ? *(data + 1) & 0xF : 0xF },
1092                            { *data >>  4, pp ? *(data + 1) >>  4 : 0xF } };
1093         data += 1 + pp;
1094
1095         for (int k = 0; k < e.pieceCount; ++k, ++data)
1096             for (int i = 0; i < sides; i++)
1097                 e.get(i, f)->pieces[k] = Piece(i ? *data >>  4 : *data & 0xF);
1098
1099         for (int i = 0; i < sides; ++i)
1100             set_groups(e, e.get(i, f), order[i], f);
1101     }
1102
1103     data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1104
1105     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1106         for (int i = 0; i < sides; i++)
1107             data = set_sizes(e.get(i, f), data);
1108
1109     data = set_dtz_map(e, data, maxFile);
1110
1111     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1112         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1113             (d = e.get(i, f))->sparseIndex = (SparseEntry*)data;
1114             data += d->sparseIndexSize * sizeof(SparseEntry);
1115         }
1116
1117     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1118         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1119             (d = e.get(i, f))->blockLength = (uint16_t*)data;
1120             data += d->blockLengthSize * sizeof(uint16_t);
1121         }
1122
1123     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1124         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1125             data = (uint8_t*)(((uintptr_t)data + 0x3F) & ~0x3F); // 64 byte alignment
1126             (d = e.get(i, f))->data = data;
1127             data += d->blocksNum * d->sizeofBlock;
1128         }
1129 }
1130
1131 // If the TB file corresponding to the given position is already memory mapped
1132 // then return its base address, otherwise try to memory map and init it. Called
1133 // at every probe, memory map and init only at first access. Function is thread
1134 // safe and can be called concurrently.
1135 template<TBType Type>
1136 void* mapped(TBTable<Type>& e, const Position& pos) {
1137
1138     static std::mutex mutex;
1139
1140     // Use 'acquire' to avoid a thread reading 'ready' == true while
1141     // another is still working. (compiler reordering may cause this).
1142     if (e.ready.load(std::memory_order_acquire))
1143         return e.baseAddress; // Could be nullptr if file does not exist
1144
1145     std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
1146
1147     if (e.ready.load(std::memory_order_relaxed)) // Recheck under lock
1148         return e.baseAddress;
1149
1150     // Pieces strings in decreasing order for each color, like ("KPP","KR")
1151     std::string fname, w, b;
1152     for (PieceType pt = KING; pt >= PAWN; --pt) {
1153         w += std::string(popcount(pos.pieces(WHITE, pt)), PieceToChar[pt]);
1154         b += std::string(popcount(pos.pieces(BLACK, pt)), PieceToChar[pt]);
1155     }
1156
1157     fname =  (e.key == pos.material_key() ? w + 'v' + b : b + 'v' + w)
1158            + (Type == WDL ? ".rtbw" : ".rtbz");
1159
1160     uint8_t* data = TBFile(fname).map(&e.baseAddress, &e.mapping, Type);
1161
1162     if (data)
1163         set(e, data);
1164
1165     e.ready.store(true, std::memory_order_release);
1166     return e.baseAddress;
1167 }
1168
1169 template<TBType Type, typename Ret = typename TBTable<Type>::Ret>
1170 Ret probe_table(const Position& pos, ProbeState* result, WDLScore wdl = WDLDraw) {
1171
1172     if (pos.count<ALL_PIECES>() == 2) // KvK
1173         return Ret(WDLDraw);
1174
1175     TBTable<Type>* entry = TBTables.get<Type>(pos.material_key());
1176
1177     if (!entry || !mapped(*entry, pos))
1178         return *result = FAIL, Ret();
1179
1180     return do_probe_table(pos, entry, wdl, result);
1181 }
1182
1183 // For a position where the side to move has a winning capture it is not necessary
1184 // to store a winning value so the generator treats such positions as "don't cares"
1185 // and tries to assign to it a value that improves the compression ratio. Similarly,
1186 // if the side to move has a drawing capture, then the position is at least drawn.
1187 // If the position is won, then the TB needs to store a win value. But if the
1188 // position is drawn, the TB may store a loss value if that is better for compression.
1189 // All of this means that during probing, the engine must look at captures and probe
1190 // their results and must probe the position itself. The "best" result of these
1191 // probes is the correct result for the position.
1192 // DTZ tables do not store values when a following move is a zeroing winning move
1193 // (winning capture or winning pawn move). Also DTZ store wrong values for positions
1194 // where the best move is an ep-move (even if losing). So in all these cases set
1195 // the state to ZEROING_BEST_MOVE.
1196 template<bool CheckZeroingMoves>
1197 WDLScore search(Position& pos, ProbeState* result) {
1198
1199     WDLScore value, bestValue = WDLLoss;
1200     StateInfo st;
1201
1202     auto moveList = MoveList<LEGAL>(pos);
1203     size_t totalCount = moveList.size(), moveCount = 0;
1204
1205     for (const Move move : moveList)
1206     {
1207         if (   !pos.capture(move)
1208             && (!CheckZeroingMoves || type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN))
1209             continue;
1210
1211         moveCount++;
1212
1213         pos.do_move(move, st);
1214         value = -search<false>(pos, result);
1215         pos.undo_move(move);
1216
1217         if (*result == FAIL)
1218             return WDLDraw;
1219
1220         if (value > bestValue)
1221         {
1222             bestValue = value;
1223
1224             if (value >= WDLWin)
1225             {
1226                 *result = ZEROING_BEST_MOVE; // Winning DTZ-zeroing move
1227                 return value;
1228             }
1229         }
1230     }
1231
1232     // In case we have already searched all the legal moves we don't have to probe
1233     // the TB because the stored score could be wrong. For instance TB tables
1234     // do not contain information on position with ep rights, so in this case
1235     // the result of probe_wdl_table is wrong. Also in case of only capture
1236     // moves, for instance here 4K3/4q3/6p1/2k5/6p1/8/8/8 w - - 0 7, we have to
1237     // return with ZEROING_BEST_MOVE set.
1238     bool noMoreMoves = (moveCount && moveCount == totalCount);
1239
1240     if (noMoreMoves)
1241         value = bestValue;
1242     else
1243     {
1244         value = probe_table<WDL>(pos, result);
1245
1246         if (*result == FAIL)
1247             return WDLDraw;
1248     }
1249
1250     // DTZ stores a "don't care" value if bestValue is a win
1251     if (bestValue >= value)
1252         return *result = (   bestValue > WDLDraw
1253                           || noMoreMoves ? ZEROING_BEST_MOVE : OK), bestValue;
1254
1255     return *result = OK, value;
1256 }
1257
1258 } // namespace
1259
1260
1261 /// Tablebases::init() is called at startup and after every change to
1262 /// "SyzygyPath" UCI option to (re)create the various tables. It is not thread
1263 /// safe, nor it needs to be.
1264 void Tablebases::init(const std::string& paths) {
1265
1266     TBTables.clear();
1267     MaxCardinality = 0;
1268     TBFile::Paths = paths;
1269
1270     if (paths.empty() || paths == "<empty>")
1271         return;
1272
1273     // MapB1H1H7[] encodes a square below a1-h8 diagonal to 0..27
1274     int code = 0;
1275     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
1276         if (off_A1H8(s) < 0)
1277             MapB1H1H7[s] = code++;
1278
1279     // MapA1D1D4[] encodes a square in the a1-d1-d4 triangle to 0..9
1280     std::vector<Square> diagonal;
1281     code = 0;
1282     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_D4; ++s)
1283         if (off_A1H8(s) < 0 && file_of(s) <= FILE_D)
1284             MapA1D1D4[s] = code++;
1285
1286         else if (!off_A1H8(s) && file_of(s) <= FILE_D)
1287             diagonal.push_back(s);
1288
1289     // Diagonal squares are encoded as last ones
1290     for (auto s : diagonal)
1291         MapA1D1D4[s] = code++;
1292
1293     // MapKK[] encodes all the 461 possible legal positions of two kings where
1294     // the first is in the a1-d1-d4 triangle. If the first king is on the a1-d4
1295     // diagonal, the other one shall not to be above the a1-h8 diagonal.
1296     std::vector<std::pair<int, Square>> bothOnDiagonal;
1297     code = 0;
1298     for (int idx = 0; idx < 10; idx++)
1299         for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_D4; ++s1)
1300             if (MapA1D1D4[s1] == idx && (idx || s1 == SQ_B1)) // SQ_B1 is mapped to 0
1301             {
1302                 for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
1303                     if ((PseudoAttacks[KING][s1] | s1) & s2)
1304                         continue; // Illegal position
1305
1306                     else if (!off_A1H8(s1) && off_A1H8(s2) > 0)
1307                         continue; // First on diagonal, second above
1308
1309                     else if (!off_A1H8(s1) && !off_A1H8(s2))
1310                         bothOnDiagonal.emplace_back(idx, s2);
1311
1312                     else
1313                         MapKK[idx][s2] = code++;
1314             }
1315
1316     // Legal positions with both kings on diagonal are encoded as last ones
1317     for (auto p : bothOnDiagonal)
1318         MapKK[p.first][p.second] = code++;
1319
1320     // Binomial[] stores the Binomial Coefficents using Pascal rule. There
1321     // are Binomial[k][n] ways to choose k elements from a set of n elements.
1322     Binomial[0][0] = 1;
1323
1324     for (int n = 1; n < 64; n++) // Squares
1325         for (int k = 0; k < 6 && k <= n; ++k) // Pieces
1326             Binomial[k][n] =  (k > 0 ? Binomial[k - 1][n - 1] : 0)
1327                             + (k < n ? Binomial[k    ][n - 1] : 0);
1328
1329     // MapPawns[s] encodes squares a2-h7 to 0..47. This is the number of possible
1330     // available squares when the leading one is in 's'. Moreover the pawn with
1331     // highest MapPawns[] is the leading pawn, the one nearest the edge and,
1332     // among pawns with same file, the one with lowest rank.
1333     int availableSquares = 47; // Available squares when lead pawn is in a2
1334
1335     // Init the tables for the encoding of leading pawns group: with 7-men TB we
1336     // can have up to 5 leading pawns (KPPPPPK).
1337     for (int leadPawnsCnt = 1; leadPawnsCnt <= 5; ++leadPawnsCnt)
1338         for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
1339         {
1340             // Restart the index at every file because TB table is splitted
1341             // by file, so we can reuse the same index for different files.
1342             int idx = 0;
1343
1344             // Sum all possible combinations for a given file, starting with
1345             // the leading pawn on rank 2 and increasing the rank.
1346             for (Rank r = RANK_2; r <= RANK_7; ++r)
1347             {
1348                 Square sq = make_square(f, r);
1349
1350                 // Compute MapPawns[] at first pass.
1351                 // If sq is the leading pawn square, any other pawn cannot be
1352                 // below or more toward the edge of sq. There are 47 available
1353                 // squares when sq = a2 and reduced by 2 for any rank increase
1354                 // due to mirroring: sq == a3 -> no a2, h2, so MapPawns[a3] = 45
1355                 if (leadPawnsCnt == 1)
1356                 {
1357                     MapPawns[sq] = availableSquares--;
1358                     MapPawns[flip_file(sq)] = availableSquares--;
1359                 }
1360                 LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][sq] = idx;
1361                 idx += Binomial[leadPawnsCnt - 1][MapPawns[sq]];
1362             }
1363             // After a file is traversed, store the cumulated per-file index
1364             LeadPawnsSize[leadPawnsCnt][f] = idx;
1365         }
1366
1367     // Add entries in TB tables if the corresponding ".rtbw" file exists
1368     for (PieceType p1 = PAWN; p1 < KING; ++p1) {
1369         TBTables.add({KING, p1, KING});
1370
1371         for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= p1; ++p2) {
1372             TBTables.add({KING, p1, p2, KING});
1373             TBTables.add({KING, p1, KING, p2});
1374
1375             for (PieceType p3 = PAWN; p3 < KING; ++p3)
1376                 TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3});
1377
1378             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p2; ++p3) {
1379                 TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING});
1380
1381                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= p3; ++p4) {
1382                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING});
1383
1384                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1385                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, p5, KING});
1386
1387                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 < KING; ++p5)
1388                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING, p5});
1389                 }
1390
1391                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 < KING; ++p4) {
1392                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4});
1393
1394                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1395                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4, p5});
1396                 }
1397             }
1398
1399             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p1; ++p3)
1400                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= (p1 == p3 ? p2 : p3); ++p4)
1401                     TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3, p4});
1402         }
1403     }
1404
1405     if (Cluster::is_root())
1406         sync_cout << "info string Found " << TBTables.size() << " tablebases" << sync_endl;
1407 }
1408
1409 // Probe the WDL table for a particular position.
1410 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1411 // The return value is from the point of view of the side to move:
1412 // -2 : loss
1413 // -1 : loss, but draw under 50-move rule
1414 //  0 : draw
1415 //  1 : win, but draw under 50-move rule
1416 //  2 : win
1417 WDLScore Tablebases::probe_wdl(Position& pos, ProbeState* result) {
1418
1419     *result = OK;
1420     return search<false>(pos, result);
1421 }
1422
1423 // Probe the DTZ table for a particular position.
1424 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1425 // The return value is from the point of view of the side to move:
1426 //         n < -100 : loss, but draw under 50-move rule
1427 // -100 <= n < -1   : loss in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1428 //        -1        : loss, the side to move is mated
1429 //         0        : draw
1430 //     1 < n <= 100 : win in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1431 //   100 < n        : win, but draw under 50-move rule
1432 //
1433 // The return value n can be off by 1: a return value -n can mean a loss
1434 // in n+1 ply and a return value +n can mean a win in n+1 ply. This
1435 // cannot happen for tables with positions exactly on the "edge" of
1436 // the 50-move rule.
1437 //
1438 // This implies that if dtz > 0 is returned, the position is certainly
1439 // a win if dtz + 50-move-counter <= 99. Care must be taken that the engine
1440 // picks moves that preserve dtz + 50-move-counter <= 99.
1441 //
1442 // If n = 100 immediately after a capture or pawn move, then the position
1443 // is also certainly a win, and during the whole phase until the next
1444 // capture or pawn move, the inequality to be preserved is
1445 // dtz + 50-movecounter <= 100.
1446 //
1447 // In short, if a move is available resulting in dtz + 50-move-counter <= 99,
1448 // then do not accept moves leading to dtz + 50-move-counter == 100.
1449 int Tablebases::probe_dtz(Position& pos, ProbeState* result) {
1450
1451     *result = OK;
1452     WDLScore wdl = search<true>(pos, result);
1453
1454     if (*result == FAIL || wdl == WDLDraw) // DTZ tables don't store draws
1455         return 0;
1456
1457     // DTZ stores a 'don't care' value in this case, or even a plain wrong
1458     // one as in case the best move is a losing ep, so it cannot be probed.
1459     if (*result == ZEROING_BEST_MOVE)
1460         return dtz_before_zeroing(wdl);
1461
1462     int dtz = probe_table<DTZ>(pos, result, wdl);
1463
1464     if (*result == FAIL)
1465         return 0;
1466
1467     if (*result != CHANGE_STM)
1468         return (dtz + 100 * (wdl == WDLBlessedLoss || wdl == WDLCursedWin)) * sign_of(wdl);
1469
1470     // DTZ stores results for the other side, so we need to do a 1-ply search and
1471     // find the winning move that minimizes DTZ.
1472     StateInfo st;
1473     int minDTZ = 0xFFFF;
1474
1475     for (const Move move : MoveList<LEGAL>(pos))
1476     {
1477         bool zeroing = pos.capture(move) || type_of(pos.moved_piece(move)) == PAWN;
1478
1479         pos.do_move(move, st);
1480
1481         // For zeroing moves we want the dtz of the move _before_ doing it,
1482         // otherwise we will get the dtz of the next move sequence. Search the
1483         // position after the move to get the score sign (because even in a
1484         // winning position we could make a losing capture or going for a draw).
1485         dtz = zeroing ? -dtz_before_zeroing(search<false>(pos, result))
1486                       : -probe_dtz(pos, result);
1487
1488         // If the move mates, force minDTZ to 1
1489         if (dtz == 1 && pos.checkers() && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1490             minDTZ = 1;
1491
1492         // Convert result from 1-ply search. Zeroing moves are already accounted
1493         // by dtz_before_zeroing() that returns the DTZ of the previous move.
1494         if (!zeroing)
1495             dtz += sign_of(dtz);
1496
1497         // Skip the draws and if we are winning only pick positive dtz
1498         if (dtz < minDTZ && sign_of(dtz) == sign_of(wdl))
1499             minDTZ = dtz;
1500
1501         pos.undo_move(move);
1502
1503         if (*result == FAIL)
1504             return 0;
1505     }
1506
1507     // When there are no legal moves, the position is mate: we return -1
1508     return minDTZ == 0xFFFF ? -1 : minDTZ;
1509 }
1510
1511
1512 // Use the DTZ tables to rank root moves.
1513 //
1514 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1515 bool Tablebases::root_probe(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1516
1517     ProbeState result;
1518     StateInfo st;
1519
1520     // Obtain 50-move counter for the root position
1521     int cnt50 = pos.rule50_count();
1522
1523     // Check whether a position was repeated since the last zeroing move.
1524     bool rep = pos.has_repeated();
1525
1526     int dtz, bound = Options["Syzygy50MoveRule"] ? 900 : 1;
1527
1528     // Probe and rank each move
1529     for (auto& m : rootMoves)
1530     {
1531         pos.do_move(m.pv[0], st);
1532
1533         // Calculate dtz for the current move counting from the root position
1534         if (pos.rule50_count() == 0)
1535         {
1536             // In case of a zeroing move, dtz is one of -101/-1/0/1/101
1537             WDLScore wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1538             dtz = dtz_before_zeroing(wdl);
1539         }
1540         else
1541         {
1542             // Otherwise, take dtz for the new position and correct by 1 ply
1543             dtz = -probe_dtz(pos, &result);
1544             dtz =  dtz > 0 ? dtz + 1
1545                  : dtz < 0 ? dtz - 1 : dtz;
1546         }
1547
1548         // Make sure that a mating move is assigned a dtz value of 1
1549         if (   pos.checkers()
1550             && dtz == 2
1551             && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1552             dtz = 1;
1553
1554         pos.undo_move(m.pv[0]);
1555
1556         if (result == FAIL)
1557             return false;
1558
1559         // Better moves are ranked higher. Certain wins are ranked equally.
1560         // Losing moves are ranked equally unless a 50-move draw is in sight.
1561         int r =  dtz > 0 ? (dtz + cnt50 <= 99 && !rep ? 1000 : 1000 - (dtz + cnt50))
1562                : dtz < 0 ? (-dtz * 2 + cnt50 < 100 ? -1000 : -1000 + (-dtz + cnt50))
1563                : 0;
1564         m.tbRank = r;
1565
1566         // Determine the score to be displayed for this move. Assign at least
1567         // 1 cp to cursed wins and let it grow to 49 cp as the positions gets
1568         // closer to a real win.
1569         m.tbScore =  r >= bound ? VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1570                    : r >  0     ? Value((std::max( 3, r - 800) * int(PawnValueEg)) / 200)
1571                    : r == 0     ? VALUE_DRAW
1572                    : r > -bound ? Value((std::min(-3, r + 800) * int(PawnValueEg)) / 200)
1573                    :             -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1;
1574     }
1575
1576     return true;
1577 }
1578
1579
1580 // Use the WDL tables to rank root moves.
1581 // This is a fallback for the case that some or all DTZ tables are missing.
1582 //
1583 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1584 bool Tablebases::root_probe_wdl(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1585
1586     static const int WDL_to_rank[] = { -1000, -899, 0, 899, 1000 };
1587
1588     ProbeState result;
1589     StateInfo st;
1590
1591     bool rule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1592
1593     // Probe and rank each move
1594     for (auto& m : rootMoves)
1595     {
1596         pos.do_move(m.pv[0], st);
1597
1598         WDLScore wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1599
1600         pos.undo_move(m.pv[0]);
1601
1602         if (result == FAIL)
1603             return false;
1604
1605         m.tbRank = WDL_to_rank[wdl + 2];
1606
1607         if (!rule50)
1608             wdl =  wdl > WDLDraw ? WDLWin
1609                  : wdl < WDLDraw ? WDLLoss : WDLDraw;
1610         m.tbScore = WDL_to_value[wdl + 2];
1611     }
1612
1613     return true;
1614 }