]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/syzygy/tbprobe.cpp
Move depth calculation in probCut
[stockfish] / src / syzygy / tbprobe.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (c) 2013 Ronald de Man
4   Copyright (C) 2016-2017 Marco Costalba, Lucas Braesch
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 #include <algorithm>
21 #include <atomic>
22 #include <cstdint>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <deque>
25 #include <fstream>
26 #include <iostream>
27 #include <list>
28 #include <sstream>
29 #include <type_traits>
30
31 #include "../bitboard.h"
32 #include "../movegen.h"
33 #include "../position.h"
34 #include "../search.h"
35 #include "../thread_win32.h"
36 #include "../types.h"
37
38 #include "tbprobe.h"
39
40 #ifndef _WIN32
41 #include <fcntl.h>
42 #include <unistd.h>
43 #include <sys/mman.h>
44 #include <sys/stat.h>
45 #else
46 #define WIN32_LEAN_AND_MEAN
47 #define NOMINMAX
48 #include <windows.h>
49 #endif
50
51 using namespace Tablebases;
52
53 int Tablebases::MaxCardinality;
54
55 namespace {
56
57 // Each table has a set of flags: all of them refer to DTZ tables, the last one to WDL tables
58 enum TBFlag { STM = 1, Mapped = 2, WinPlies = 4, LossPlies = 8, SingleValue = 128 };
59
60 inline WDLScore operator-(WDLScore d) { return WDLScore(-int(d)); }
61 inline Square operator^=(Square& s, int i) { return s = Square(int(s) ^ i); }
62 inline Square operator^(Square s, int i) { return Square(int(s) ^ i); }
63
64 // DTZ tables don't store valid scores for moves that reset the rule50 counter
65 // like captures and pawn moves but we can easily recover the correct dtz of the
66 // previous move if we know the position's WDL score.
67 int dtz_before_zeroing(WDLScore wdl) {
68     return wdl == WDLWin         ?  1   :
69            wdl == WDLCursedWin   ?  101 :
70            wdl == WDLBlessedLoss ? -101 :
71            wdl == WDLLoss        ? -1   : 0;
72 }
73
74 // Return the sign of a number (-1, 0, 1)
75 template <typename T> int sign_of(T val) {
76     return (T(0) < val) - (val < T(0));
77 }
78
79 // Numbers in little endian used by sparseIndex[] to point into blockLength[]
80 struct SparseEntry {
81     char block[4];   // Number of block
82     char offset[2];  // Offset within the block
83 };
84
85 static_assert(sizeof(SparseEntry) == 6, "SparseEntry must be 6 bytes");
86
87 typedef uint16_t Sym; // Huffman symbol
88
89 struct LR {
90     enum Side { Left, Right, Value };
91
92     uint8_t lr[3]; // The first 12 bits is the left-hand symbol, the second 12
93                    // bits is the right-hand symbol. If symbol has length 1,
94                    // then the first byte is the stored value.
95     template<Side S>
96     Sym get() {
97         return S == Left  ? ((lr[1] & 0xF) << 8) | lr[0] :
98                S == Right ?  (lr[2] << 4) | (lr[1] >> 4) :
99                S == Value ?   lr[0] : (assert(false), Sym(-1));
100     }
101 };
102
103 static_assert(sizeof(LR) == 3, "LR tree entry must be 3 bytes");
104
105 const int TBPIECES = 6;
106
107 struct PairsData {
108     int flags;
109     size_t sizeofBlock;            // Block size in bytes
110     size_t span;                   // About every span values there is a SparseIndex[] entry
111     int blocksNum;                 // Number of blocks in the TB file
112     int maxSymLen;                 // Maximum length in bits of the Huffman symbols
113     int minSymLen;                 // Minimum length in bits of the Huffman symbols
114     Sym* lowestSym;                // lowestSym[l] is the symbol of length l with the lowest value
115     LR* btree;                     // btree[sym] stores the left and right symbols that expand sym
116     uint16_t* blockLength;         // Number of stored positions (minus one) for each block: 1..65536
117     int blockLengthSize;           // Size of blockLength[] table: padded so it's bigger than blocksNum
118     SparseEntry* sparseIndex;      // Partial indices into blockLength[]
119     size_t sparseIndexSize;        // Size of SparseIndex[] table
120     uint8_t* data;                 // Start of Huffman compressed data
121     std::vector<uint64_t> base64;  // base64[l - min_sym_len] is the 64bit-padded lowest symbol of length l
122     std::vector<uint8_t> symlen;   // Number of values (-1) represented by a given Huffman symbol: 1..256
123     Piece pieces[TBPIECES];        // Position pieces: the order of pieces defines the groups
124     uint64_t groupIdx[TBPIECES+1]; // Start index used for the encoding of the group's pieces
125     int groupLen[TBPIECES+1];      // Number of pieces in a given group: KRKN -> (3, 1)
126 };
127
128 // Helper struct to avoid manually defining entry copy constructor as we
129 // should because the default one is not compatible with std::atomic_bool.
130 struct Atomic {
131     Atomic() = default;
132     Atomic(const Atomic& e) { ready = e.ready.load(); } // MSVC 2013 wants assignment within body
133     std::atomic_bool ready;
134 };
135
136 // We define types for the different parts of the WLDEntry and DTZEntry with
137 // corresponding specializations for pieces or pawns.
138
139 struct WLDEntryPiece {
140     PairsData* precomp;
141 };
142
143 struct WDLEntryPawn {
144     uint8_t pawnCount[2];     // [Lead color / other color]
145     WLDEntryPiece file[2][4]; // [wtm / btm][FILE_A..FILE_D]
146 };
147
148 struct DTZEntryPiece {
149     PairsData* precomp;
150     uint16_t map_idx[4]; // WDLWin, WDLLoss, WDLCursedWin, WDLBlessedLoss
151     uint8_t* map;
152 };
153
154 struct DTZEntryPawn {
155     uint8_t pawnCount[2];
156     DTZEntryPiece file[4];
157     uint8_t* map;
158 };
159
160 struct TBEntry : public Atomic {
161     void* baseAddress;
162     uint64_t mapping;
163     Key key;
164     Key key2;
165     int pieceCount;
166     bool hasPawns;
167     bool hasUniquePieces;
168 };
169
170 // Now the main types: WDLEntry and DTZEntry
171 struct WDLEntry : public TBEntry {
172     WDLEntry(const std::string& code);
173    ~WDLEntry();
174     union {
175         WLDEntryPiece pieceTable[2]; // [wtm / btm]
176         WDLEntryPawn  pawnTable;
177     };
178 };
179
180 struct DTZEntry : public TBEntry {
181     DTZEntry(const WDLEntry& wdl);
182    ~DTZEntry();
183     union {
184         DTZEntryPiece pieceTable;
185         DTZEntryPawn  pawnTable;
186     };
187 };
188
189 typedef decltype(WDLEntry::pieceTable) WDLPieceTable;
190 typedef decltype(DTZEntry::pieceTable) DTZPieceTable;
191 typedef decltype(WDLEntry::pawnTable ) WDLPawnTable;
192 typedef decltype(DTZEntry::pawnTable ) DTZPawnTable;
193
194 auto item(WDLPieceTable& e, int stm, int  ) -> decltype(e[stm])& { return e[stm]; }
195 auto item(DTZPieceTable& e, int    , int  ) -> decltype(e)& { return e; }
196 auto item(WDLPawnTable&  e, int stm, int f) -> decltype(e.file[stm][f])& { return e.file[stm][f]; }
197 auto item(DTZPawnTable&  e, int    , int f) -> decltype(e.file[f])& { return e.file[f]; }
198
199 template<typename E> struct Ret { typedef int type; };
200 template<> struct Ret<WDLEntry> { typedef WDLScore type; };
201
202 int MapPawns[SQUARE_NB];
203 int MapB1H1H7[SQUARE_NB];
204 int MapA1D1D4[SQUARE_NB];
205 int MapKK[10][SQUARE_NB]; // [MapA1D1D4][SQUARE_NB]
206
207 // Comparison function to sort leading pawns in ascending MapPawns[] order
208 bool pawns_comp(Square i, Square j) { return MapPawns[i] < MapPawns[j]; }
209 int off_A1H8(Square sq) { return int(rank_of(sq)) - file_of(sq); }
210
211 const Value WDL_to_value[] = {
212    -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1,
213     VALUE_DRAW - 2,
214     VALUE_DRAW,
215     VALUE_DRAW + 2,
216     VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
217 };
218
219 const std::string PieceToChar = " PNBRQK  pnbrqk";
220
221 int Binomial[6][SQUARE_NB];    // [k][n] k elements from a set of n elements
222 int LeadPawnIdx[5][SQUARE_NB]; // [leadPawnsCnt][SQUARE_NB]
223 int LeadPawnsSize[5][4];       // [leadPawnsCnt][FILE_A..FILE_D]
224
225 enum { BigEndian, LittleEndian };
226
227 template<typename T, int Half = sizeof(T) / 2, int End = sizeof(T) - 1>
228 inline void swap_byte(T& x)
229 {
230     char tmp, *c = (char*)&x;
231     for (int i = 0; i < Half; ++i)
232         tmp = c[i], c[i] = c[End - i], c[End - i] = tmp;
233 }
234 template<> inline void swap_byte<uint8_t, 0, 0>(uint8_t&) {}
235
236 template<typename T, int LE> T number(void* addr)
237 {
238     const union { uint32_t i; char c[4]; } Le = { 0x01020304 };
239     const bool IsLittleEndian = (Le.c[0] == 4);
240
241     T v;
242
243     if ((uintptr_t)addr & (alignof(T) - 1)) // Unaligned pointer (very rare)
244         std::memcpy(&v, addr, sizeof(T));
245     else
246         v = *((T*)addr);
247
248     if (LE != IsLittleEndian)
249         swap_byte(v);
250     return v;
251 }
252
253 class HashTable {
254
255     typedef std::pair<WDLEntry*, DTZEntry*> EntryPair;
256     typedef std::pair<Key, EntryPair> Entry;
257
258     static const int TBHASHBITS = 10;
259     static const int HSHMAX     = 5;
260
261     Entry hashTable[1 << TBHASHBITS][HSHMAX];
262
263     std::deque<WDLEntry> wdlTable;
264     std::deque<DTZEntry> dtzTable;
265
266     void insert(Key key, WDLEntry* wdl, DTZEntry* dtz) {
267         Entry* entry = hashTable[key >> (64 - TBHASHBITS)];
268
269         for (int i = 0; i < HSHMAX; ++i, ++entry)
270             if (!entry->second.first || entry->first == key) {
271                 *entry = std::make_pair(key, std::make_pair(wdl, dtz));
272                 return;
273             }
274
275         std::cerr << "HSHMAX too low!" << std::endl;
276         exit(1);
277     }
278
279 public:
280     template<typename E, int I = std::is_same<E, WDLEntry>::value ? 0 : 1>
281     E* get(Key key) {
282       Entry* entry = hashTable[key >> (64 - TBHASHBITS)];
283
284       for (int i = 0; i < HSHMAX; ++i, ++entry)
285           if (entry->first == key)
286               return std::get<I>(entry->second);
287
288       return nullptr;
289   }
290
291   void clear() {
292       std::memset(hashTable, 0, sizeof(hashTable));
293       wdlTable.clear();
294       dtzTable.clear();
295   }
296   size_t size() const { return wdlTable.size(); }
297   void insert(const std::vector<PieceType>& pieces);
298 };
299
300 HashTable EntryTable;
301
302 class TBFile : public std::ifstream {
303
304     std::string fname;
305
306 public:
307     // Look for and open the file among the Paths directories where the .rtbw
308     // and .rtbz files can be found. Multiple directories are separated by ";"
309     // on Windows and by ":" on Unix-based operating systems.
310     //
311     // Example:
312     // C:\tb\wdl345;C:\tb\wdl6;D:\tb\dtz345;D:\tb\dtz6
313     static std::string Paths;
314
315     TBFile(const std::string& f) {
316
317 #ifndef _WIN32
318         const char SepChar = ':';
319 #else
320         const char SepChar = ';';
321 #endif
322         std::stringstream ss(Paths);
323         std::string path;
324
325         while (std::getline(ss, path, SepChar)) {
326             fname = path + "/" + f;
327             std::ifstream::open(fname);
328             if (is_open())
329                 return;
330         }
331     }
332
333     // Memory map the file and check it. File should be already open and will be
334     // closed after mapping.
335     uint8_t* map(void** baseAddress, uint64_t* mapping, const uint8_t* TB_MAGIC) {
336
337         assert(is_open());
338
339         close(); // Need to re-open to get native file descriptor
340
341 #ifndef _WIN32
342         struct stat statbuf;
343         int fd = ::open(fname.c_str(), O_RDONLY);
344         fstat(fd, &statbuf);
345         *mapping = statbuf.st_size;
346         *baseAddress = mmap(nullptr, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
347         ::close(fd);
348
349         if (*baseAddress == MAP_FAILED) {
350             std::cerr << "Could not mmap() " << fname << std::endl;
351             exit(1);
352         }
353 #else
354         HANDLE fd = CreateFile(fname.c_str(), GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, nullptr,
355                                OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, nullptr);
356         DWORD size_high;
357         DWORD size_low = GetFileSize(fd, &size_high);
358         HANDLE mmap = CreateFileMapping(fd, nullptr, PAGE_READONLY, size_high, size_low, nullptr);
359         CloseHandle(fd);
360
361         if (!mmap) {
362             std::cerr << "CreateFileMapping() failed" << std::endl;
363             exit(1);
364         }
365
366         *mapping = (uint64_t)mmap;
367         *baseAddress = MapViewOfFile(mmap, FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);
368
369         if (!*baseAddress) {
370             std::cerr << "MapViewOfFile() failed, name = " << fname
371                       << ", error = " << GetLastError() << std::endl;
372             exit(1);
373         }
374 #endif
375         uint8_t* data = (uint8_t*)*baseAddress;
376
377         if (   *data++ != *TB_MAGIC++
378             || *data++ != *TB_MAGIC++
379             || *data++ != *TB_MAGIC++
380             || *data++ != *TB_MAGIC) {
381             std::cerr << "Corrupted table in file " << fname << std::endl;
382             unmap(*baseAddress, *mapping);
383             *baseAddress = nullptr;
384             return nullptr;
385         }
386
387         return data;
388     }
389
390     static void unmap(void* baseAddress, uint64_t mapping) {
391
392 #ifndef _WIN32
393         munmap(baseAddress, mapping);
394 #else
395         UnmapViewOfFile(baseAddress);
396         CloseHandle((HANDLE)mapping);
397 #endif
398     }
399 };
400
401 std::string TBFile::Paths;
402
403 WDLEntry::WDLEntry(const std::string& code) {
404
405     StateInfo st;
406     Position pos;
407
408     memset(this, 0, sizeof(WDLEntry));
409
410     ready = false;
411     key = pos.set(code, WHITE, &st).material_key();
412     pieceCount = popcount(pos.pieces());
413     hasPawns = pos.pieces(PAWN);
414
415     for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
416         for (PieceType pt = PAWN; pt < KING; ++pt)
417             if (popcount(pos.pieces(c, pt)) == 1)
418                 hasUniquePieces = true;
419
420     if (hasPawns) {
421         // Set the leading color. In case both sides have pawns the leading color
422         // is the side with less pawns because this leads to better compression.
423         bool c =   !pos.count<PAWN>(BLACK)
424                 || (   pos.count<PAWN>(WHITE)
425                     && pos.count<PAWN>(BLACK) >= pos.count<PAWN>(WHITE));
426
427         pawnTable.pawnCount[0] = pos.count<PAWN>(c ? WHITE : BLACK);
428         pawnTable.pawnCount[1] = pos.count<PAWN>(c ? BLACK : WHITE);
429     }
430
431     key2 = pos.set(code, BLACK, &st).material_key();
432 }
433
434 WDLEntry::~WDLEntry() {
435
436     if (baseAddress)
437         TBFile::unmap(baseAddress, mapping);
438
439     for (int i = 0; i < 2; ++i)
440         if (hasPawns)
441             for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
442                 delete pawnTable.file[i][f].precomp;
443         else
444             delete pieceTable[i].precomp;
445 }
446
447 DTZEntry::DTZEntry(const WDLEntry& wdl) {
448
449     memset(this, 0, sizeof(DTZEntry));
450
451     ready = false;
452     key = wdl.key;
453     key2 = wdl.key2;
454     pieceCount = wdl.pieceCount;
455     hasPawns = wdl.hasPawns;
456     hasUniquePieces = wdl.hasUniquePieces;
457
458     if (hasPawns) {
459         pawnTable.pawnCount[0] = wdl.pawnTable.pawnCount[0];
460         pawnTable.pawnCount[1] = wdl.pawnTable.pawnCount[1];
461     }
462 }
463
464 DTZEntry::~DTZEntry() {
465
466     if (baseAddress)
467         TBFile::unmap(baseAddress, mapping);
468
469     if (hasPawns)
470         for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
471             delete pawnTable.file[f].precomp;
472     else
473         delete pieceTable.precomp;
474 }
475
476 void HashTable::insert(const std::vector<PieceType>& pieces) {
477
478     std::string code;
479
480     for (PieceType pt : pieces)
481         code += PieceToChar[pt];
482
483     TBFile file(code.insert(code.find('K', 1), "v") + ".rtbw"); // KRK -> KRvK
484
485     if (!file.is_open())
486         return;
487
488     file.close();
489
490     MaxCardinality = std::max((int)pieces.size(), MaxCardinality);
491
492     wdlTable.push_back(WDLEntry(code));
493     dtzTable.push_back(DTZEntry(wdlTable.back()));
494
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 defintion (1)
535     uint32_t k = 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 defintion 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 + 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 = (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::Value>();
624 }
625
626 bool check_dtz_stm(WDLEntry*, int, File) { return true; }
627
628 bool check_dtz_stm(DTZEntry* entry, int stm, File f) {
629
630     int flags = entry->hasPawns ? entry->pawnTable.file[f].precomp->flags
631                                 : entry->pieceTable.precomp->flags;
632
633     return   (flags & TBFlag::STM) == stm
634           || ((entry->key == entry->key2) && !entry->hasPawns);
635 }
636
637 // DTZ scores are sorted by frequency of occurrence and then assigned the
638 // values 0, 1, 2, ... in order of decreasing frequency. This is done for each
639 // of the four WDLScore values. The mapping information necessary to reconstruct
640 // the original values is stored in the TB file and read during map[] init.
641 WDLScore map_score(WDLEntry*, File, int value, WDLScore) { return WDLScore(value - 2); }
642
643 int map_score(DTZEntry* entry, File f, int value, WDLScore wdl) {
644
645     const int WDLMap[] = { 1, 3, 0, 2, 0 };
646
647     int flags = entry->hasPawns ? entry->pawnTable.file[f].precomp->flags
648                                 : entry->pieceTable.precomp->flags;
649
650     uint8_t* map = entry->hasPawns ? entry->pawnTable.map
651                                    : entry->pieceTable.map;
652
653     uint16_t* idx = entry->hasPawns ? entry->pawnTable.file[f].map_idx
654                                     : entry->pieceTable.map_idx;
655     if (flags & TBFlag::Mapped)
656         value = map[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
657
658     // DTZ tables store distance to zero in number of moves or plies. We
659     // want to return plies, so we have convert to plies when needed.
660     if (   (wdl == WDLWin  && !(flags & TBFlag::WinPlies))
661         || (wdl == WDLLoss && !(flags & TBFlag::LossPlies))
662         ||  wdl == WDLCursedWin
663         ||  wdl == WDLBlessedLoss)
664         value *= 2;
665
666     return value + 1;
667 }
668
669 // Compute a unique index out of a position and use it to probe the TB file. To
670 // encode k pieces of same type and color, first sort the pieces by square in
671 // ascending order s1 <= s2 <= ... <= sk then compute the unique index as:
672 //
673 //      idx = Binomial[1][s1] + Binomial[2][s2] + ... + Binomial[k][sk]
674 //
675 template<typename Entry, typename T = typename Ret<Entry>::type>
676 T do_probe_table(const Position& pos,  Entry* entry, WDLScore wdl, ProbeState* result) {
677
678     const bool IsWDL = std::is_same<Entry, WDLEntry>::value;
679
680     Square squares[TBPIECES];
681     Piece pieces[TBPIECES];
682     uint64_t idx;
683     int next = 0, size = 0, leadPawnsCnt = 0;
684     PairsData* d;
685     Bitboard b, leadPawns = 0;
686     File tbFile = FILE_A;
687
688     // A given TB entry like KRK has associated two material keys: KRvk and Kvkr.
689     // If both sides have the same pieces keys are equal. In this case TB tables
690     // only store the 'white to move' case, so if the position to lookup has black
691     // to move, we need to switch the color and flip the squares before to lookup.
692     bool symmetricBlackToMove = (entry->key == entry->key2 && pos.side_to_move());
693
694     // TB files are calculated for white as stronger side. For instance we have
695     // KRvK, not KvKR. A position where stronger side is white will have its
696     // material key == entry->key, otherwise we have to switch the color and
697     // flip the squares before to lookup.
698     bool blackStronger = (pos.material_key() != entry->key);
699
700     int flipColor   = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 8;
701     int flipSquares = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 070;
702     int stm         = (symmetricBlackToMove || blackStronger) ^ pos.side_to_move();
703
704     // For pawns, TB files store 4 separate tables according if leading pawn is on
705     // file a, b, c or d after reordering. The leading pawn is the one with maximum
706     // MapPawns[] value, that is the one most toward the edges and with lowest rank.
707     if (entry->hasPawns) {
708
709         // In all the 4 tables, pawns are at the beginning of the piece sequence and
710         // their color is the reference one. So we just pick the first one.
711         Piece pc = Piece(item(entry->pawnTable, 0, 0).precomp->pieces[0] ^ flipColor);
712
713         assert(type_of(pc) == PAWN);
714
715         leadPawns = b = pos.pieces(color_of(pc), PAWN);
716         while (b)
717             squares[size++] = pop_lsb(&b) ^ flipSquares;
718
719         leadPawnsCnt = size;
720
721         std::swap(squares[0], *std::max_element(squares, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp));
722
723         tbFile = file_of(squares[0]);
724         if (tbFile > FILE_D)
725             tbFile = file_of(squares[0] ^ 7); // Horizontal flip: SQ_H1 -> SQ_A1
726
727         d = item(entry->pawnTable , stm, tbFile).precomp;
728     } else
729         d = item(entry->pieceTable, stm, tbFile).precomp;
730
731     // DTZ tables are one-sided, i.e. they store positions only for white to
732     // move or only for black to move, so check for side to move to be stm,
733     // early exit otherwise.
734     if (!IsWDL && !check_dtz_stm(entry, stm, tbFile))
735         return *result = CHANGE_STM, T();
736
737     // Now we are ready to get all the position pieces (but the lead pawns) and
738     // directly map them to the correct color and square.
739     b = pos.pieces() ^ leadPawns;
740     while (b) {
741         Square s = pop_lsb(&b);
742         squares[size] = s ^ flipSquares;
743         pieces[size++] = Piece(pos.piece_on(s) ^ flipColor);
744     }
745
746     // Then we reorder the pieces to have the same sequence as the one stored
747     // in precomp->pieces[i]: the sequence that ensures the best compression.
748     for (int i = leadPawnsCnt; i < size; ++i)
749         for (int j = i; j < size; ++j)
750             if (d->pieces[i] == pieces[j])
751             {
752                 std::swap(pieces[i], pieces[j]);
753                 std::swap(squares[i], squares[j]);
754                 break;
755             }
756
757     // Now we map again the squares so that the square of the lead piece is in
758     // the triangle A1-D1-D4.
759     if (file_of(squares[0]) > FILE_D)
760         for (int i = 0; i < size; ++i)
761             squares[i] ^= 7; // Horizontal flip: SQ_H1 -> SQ_A1
762
763     // Encode leading pawns starting with the one with minimum MapPawns[] and
764     // proceeding in ascending order.
765     if (entry->hasPawns) {
766         idx = LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][squares[0]];
767
768         std::sort(squares + 1, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp);
769
770         for (int i = 1; i < leadPawnsCnt; ++i)
771             idx += Binomial[i][MapPawns[squares[i]]];
772
773         goto encode_remaining; // With pawns we have finished special treatments
774     }
775
776     // In positions withouth pawns, we further flip the squares to ensure leading
777     // piece is below RANK_5.
778     if (rank_of(squares[0]) > RANK_4)
779         for (int i = 0; i < size; ++i)
780             squares[i] ^= 070; // Vertical flip: SQ_A8 -> SQ_A1
781
782     // Look for the first piece of the leading group not on the A1-D4 diagonal
783     // and ensure it is mapped below the diagonal.
784     for (int i = 0; i < d->groupLen[0]; ++i) {
785         if (!off_A1H8(squares[i]))
786             continue;
787
788         if (off_A1H8(squares[i]) > 0) // A1-H8 diagonal flip: SQ_A3 -> SQ_C3
789             for (int j = i; j < size; ++j)
790                 squares[j] = Square(((squares[j] >> 3) | (squares[j] << 3)) & 63);
791         break;
792     }
793
794     // Encode the leading group.
795     //
796     // Suppose we have KRvK. Let's say the pieces are on square numbers wK, wR
797     // and bK (each 0...63). The simplest way to map this position to an index
798     // is like this:
799     //
800     //   index = wK * 64 * 64 + wR * 64 + bK;
801     //
802     // But this way the TB is going to have 64*64*64 = 262144 positions, with
803     // lots of positions being equivalent (because they are mirrors of each
804     // other) and lots of positions being invalid (two pieces on one square,
805     // adjacent kings, etc.).
806     // Usually the first step is to take the wK and bK together. There are just
807     // 462 ways legal and not-mirrored ways to place the wK and bK on the board.
808     // Once we have placed the wK and bK, there are 62 squares left for the wR
809     // Mapping its square from 0..63 to available squares 0..61 can be done like:
810     //
811     //   wR -= (wR > wK) + (wR > bK);
812     //
813     // In words: if wR "comes later" than wK, we deduct 1, and the same if wR
814     // "comes later" than bK. In case of two same pieces like KRRvK we want to
815     // place the two Rs "together". If we have 62 squares left, we can place two
816     // Rs "together" in 62 * 61 / 2 ways (we divide by 2 because rooks can be
817     // swapped and still get the same position.)
818     //
819     // In case we have at least 3 unique pieces (inlcuded kings) we encode them
820     // together.
821     if (entry->hasUniquePieces) {
822
823         int adjust1 =  squares[1] > squares[0];
824         int adjust2 = (squares[2] > squares[0]) + (squares[2] > squares[1]);
825
826         // First piece is below a1-h8 diagonal. MapA1D1D4[] maps the b1-d1-d3
827         // triangle to 0...5. There are 63 squares for second piece and and 62
828         // (mapped to 0...61) for the third.
829         if (off_A1H8(squares[0]))
830             idx = (   MapA1D1D4[squares[0]]  * 63
831                    + (squares[1] - adjust1)) * 62
832                    +  squares[2] - adjust2;
833
834         // First piece is on a1-h8 diagonal, second below: map this occurence to
835         // 6 to differentiate from the above case, rank_of() maps a1-d4 diagonal
836         // to 0...3 and finally MapB1H1H7[] maps the b1-h1-h7 triangle to 0..27.
837         else if (off_A1H8(squares[1]))
838             idx = (  6 * 63 + rank_of(squares[0]) * 28
839                    + MapB1H1H7[squares[1]])       * 62
840                    + squares[2] - adjust2;
841
842         // First two pieces are on a1-h8 diagonal, third below
843         else if (off_A1H8(squares[2]))
844             idx =  6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62
845                  +  rank_of(squares[0])        * 7 * 28
846                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1) * 28
847                  +  MapB1H1H7[squares[2]];
848
849         // All 3 pieces on the diagonal a1-h8
850         else
851             idx = 6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62 + 4 * 7 * 28
852                  +  rank_of(squares[0])         * 7 * 6
853                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1)  * 6
854                  + (rank_of(squares[2]) - adjust2);
855     } else
856         // We don't have at least 3 unique pieces, like in KRRvKBB, just map
857         // the kings.
858         idx = MapKK[MapA1D1D4[squares[0]]][squares[1]];
859
860 encode_remaining:
861     idx *= d->groupIdx[0];
862     Square* groupSq = squares + d->groupLen[0];
863
864     // Encode remainig pawns then pieces according to square, in ascending order
865     bool remainingPawns = entry->hasPawns && entry->pawnTable.pawnCount[1];
866
867     while (d->groupLen[++next])
868     {
869         std::sort(groupSq, groupSq + d->groupLen[next]);
870         uint64_t n = 0;
871
872         // Map down a square if "comes later" than a square in the previous
873         // groups (similar to what done earlier for leading group pieces).
874         for (int i = 0; i < d->groupLen[next]; ++i)
875         {
876             auto f = [&](Square s) { return groupSq[i] > s; };
877             auto adjust = std::count_if(squares, groupSq, f);
878             n += Binomial[i + 1][groupSq[i] - adjust - 8 * remainingPawns];
879         }
880
881         remainingPawns = false;
882         idx += n * d->groupIdx[next];
883         groupSq += d->groupLen[next];
884     }
885
886     // Now that we have the index, decompress the pair and get the score
887     return map_score(entry, tbFile, decompress_pairs(d, idx), wdl);
888 }
889
890 // Group together pieces that will be encoded together. The general rule is that
891 // a group contains pieces of same type and color. The exception is the leading
892 // group that, in case of positions withouth pawns, can be formed by 3 different
893 // pieces (default) or by the king pair when there is not a unique piece apart
894 // from the kings. When there are pawns, pawns are always first in pieces[].
895 //
896 // As example KRKN -> KRK + N, KNNK -> KK + NN, KPPKP -> P + PP + K + K
897 //
898 // The actual grouping depends on the TB generator and can be inferred from the
899 // sequence of pieces in piece[] array.
900 template<typename T>
901 void set_groups(T& e, PairsData* d, int order[], File f) {
902
903     int n = 0, firstLen = e.hasPawns ? 0 : e.hasUniquePieces ? 3 : 2;
904     d->groupLen[n] = 1;
905
906     // Number of pieces per group is stored in groupLen[], for instance in KRKN
907     // the encoder will default on '111', so groupLen[] will be (3, 1).
908     for (int i = 1; i < e.pieceCount; ++i)
909         if (--firstLen > 0 || d->pieces[i] == d->pieces[i - 1])
910             d->groupLen[n]++;
911         else
912             d->groupLen[++n] = 1;
913
914     d->groupLen[++n] = 0; // Zero-terminated
915
916     // The sequence in pieces[] defines the groups, but not the order in which
917     // they are encoded. If the pieces in a group g can be combined on the board
918     // in N(g) different ways, then the position encoding will be of the form:
919     //
920     //           g1 * N(g2) * N(g3) + g2 * N(g3) + g3
921     //
922     // This ensures unique encoding for the whole position. The order of the
923     // groups is a per-table parameter and could not follow the canonical leading
924     // pawns/pieces -> remainig pawns -> remaining pieces. In particular the
925     // first group is at order[0] position and the remaining pawns, when present,
926     // are at order[1] position.
927     bool pp = e.hasPawns && e.pawnTable.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
928     int next = pp ? 2 : 1;
929     int freeSquares = 64 - d->groupLen[0] - (pp ? d->groupLen[1] : 0);
930     uint64_t idx = 1;
931
932     for (int k = 0; next < n || k == order[0] || k == order[1]; ++k)
933         if (k == order[0]) // Leading pawns or pieces
934         {
935             d->groupIdx[0] = idx;
936             idx *=         e.hasPawns ? LeadPawnsSize[d->groupLen[0]][f]
937                   : e.hasUniquePieces ? 31332 : 462;
938         }
939         else if (k == order[1]) // Remaining pawns
940         {
941             d->groupIdx[1] = idx;
942             idx *= Binomial[d->groupLen[1]][48 - d->groupLen[0]];
943         }
944         else // Remainig pieces
945         {
946             d->groupIdx[next] = idx;
947             idx *= Binomial[d->groupLen[next]][freeSquares];
948             freeSquares -= d->groupLen[next++];
949         }
950
951     d->groupIdx[n] = idx;
952 }
953
954 // In Recursive Pairing each symbol represents a pair of childern symbols. So
955 // read d->btree[] symbols data and expand each one in his left and right child
956 // symbol until reaching the leafs that represent the symbol value.
957 uint8_t set_symlen(PairsData* d, Sym s, std::vector<bool>& visited) {
958
959     visited[s] = true; // We can set it now because tree is acyclic
960     Sym sr = d->btree[s].get<LR::Right>();
961
962     if (sr == 0xFFF)
963         return 0;
964
965     Sym sl = d->btree[s].get<LR::Left>();
966
967     if (!visited[sl])
968         d->symlen[sl] = set_symlen(d, sl, visited);
969
970     if (!visited[sr])
971         d->symlen[sr] = set_symlen(d, sr, visited);
972
973     return d->symlen[sl] + d->symlen[sr] + 1;
974 }
975
976 uint8_t* set_sizes(PairsData* d, uint8_t* data) {
977
978     d->flags = *data++;
979
980     if (d->flags & TBFlag::SingleValue) {
981         d->blocksNum = d->blockLengthSize = 0;
982         d->span = d->sparseIndexSize = 0; // Broken MSVC zero-init
983         d->minSymLen = *data++; // Here we store the single value
984         return data;
985     }
986
987     // groupLen[] is a zero-terminated list of group lengths, the last groupIdx[]
988     // element stores the biggest index that is the tb size.
989     uint64_t tbSize = d->groupIdx[std::find(d->groupLen, d->groupLen + 7, 0) - d->groupLen];
990
991     d->sizeofBlock = 1ULL << *data++;
992     d->span = 1ULL << *data++;
993     d->sparseIndexSize = (tbSize + d->span - 1) / d->span; // Round up
994     int padding = number<uint8_t, LittleEndian>(data++);
995     d->blocksNum = number<uint32_t, LittleEndian>(data); data += sizeof(uint32_t);
996     d->blockLengthSize = d->blocksNum + padding; // Padded to ensure SparseIndex[]
997                                                  // does not point out of range.
998     d->maxSymLen = *data++;
999     d->minSymLen = *data++;
1000     d->lowestSym = (Sym*)data;
1001     d->base64.resize(d->maxSymLen - d->minSymLen + 1);
1002
1003     // The canonical code is ordered such that longer symbols (in terms of
1004     // the number of bits of their Huffman code) have lower numeric value,
1005     // so that d->lowestSym[i] >= d->lowestSym[i+1] (when read as LittleEndian).
1006     // Starting from this we compute a base64[] table indexed by symbol length
1007     // and containing 64 bit values so that d->base64[i] >= d->base64[i+1].
1008     // See http://www.eecs.harvard.edu/~michaelm/E210/huffman.pdf
1009     for (int i = d->base64.size() - 2; i >= 0; --i) {
1010         d->base64[i] = (d->base64[i + 1] + number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i])
1011                                          - number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i + 1])) / 2;
1012
1013         assert(d->base64[i] * 2 >= d->base64[i+1]);
1014     }
1015
1016     // Now left-shift by an amount so that d->base64[i] gets shifted 1 bit more
1017     // than d->base64[i+1] and given the above assert condition, we ensure that
1018     // d->base64[i] >= d->base64[i+1]. Moreover for any symbol s64 of length i
1019     // and right-padded to 64 bits holds d->base64[i-1] >= s64 >= d->base64[i].
1020     for (size_t i = 0; i < d->base64.size(); ++i)
1021         d->base64[i] <<= 64 - i - d->minSymLen; // Right-padding to 64 bits
1022
1023     data += d->base64.size() * sizeof(Sym);
1024     d->symlen.resize(number<uint16_t, LittleEndian>(data)); data += sizeof(uint16_t);
1025     d->btree = (LR*)data;
1026
1027     // The comrpession scheme used is "Recursive Pairing", that replaces the most
1028     // frequent adjacent pair of symbols in the source message by a new symbol,
1029     // reevaluating the frequencies of all of the symbol pairs with respect to
1030     // the extended alphabet, and then repeating the process.
1031     // See http://www.larsson.dogma.net/dcc99.pdf
1032     std::vector<bool> visited(d->symlen.size());
1033
1034     for (Sym sym = 0; sym < d->symlen.size(); ++sym)
1035         if (!visited[sym])
1036             d->symlen[sym] = set_symlen(d, sym, visited);
1037
1038     return data + d->symlen.size() * sizeof(LR) + (d->symlen.size() & 1);
1039 }
1040
1041 template<typename T>
1042 uint8_t* set_dtz_map(WDLEntry&, T&, uint8_t*, File) { return nullptr; }
1043
1044 template<typename T>
1045 uint8_t* set_dtz_map(DTZEntry&, T& p, uint8_t* data, File maxFile) {
1046
1047     p.map = data;
1048
1049     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f) {
1050         if (item(p, 0, f).precomp->flags & TBFlag::Mapped)
1051             for (int i = 0; i < 4; ++i) { // Sequence like 3,x,x,x,1,x,0,2,x,x
1052                 item(p, 0, f).map_idx[i] = (uint16_t)(data - p.map + 1);
1053                 data += *data + 1;
1054             }
1055     }
1056
1057     return data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1058 }
1059
1060 template<typename Entry, typename T>
1061 void do_init(Entry& e, T& p, uint8_t* data) {
1062
1063     const bool IsWDL = std::is_same<Entry, WDLEntry>::value;
1064
1065     PairsData* d;
1066
1067     enum { Split = 1, HasPawns = 2 };
1068
1069     assert(e.hasPawns        == !!(*data & HasPawns));
1070     assert((e.key != e.key2) == !!(*data & Split));
1071
1072     data++; // First byte stores flags
1073
1074     const int Sides = IsWDL && (e.key != e.key2) ? 2 : 1;
1075     const File MaxFile = e.hasPawns ? FILE_D : FILE_A;
1076
1077     bool pp = e.hasPawns && e.pawnTable.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
1078
1079     assert(!pp || e.pawnTable.pawnCount[0]);
1080
1081     for (File f = FILE_A; f <= MaxFile; ++f) {
1082
1083         for (int i = 0; i < Sides; i++)
1084             item(p, i, f).precomp = new PairsData();
1085
1086         int order[][2] = { { *data & 0xF, pp ? *(data + 1) & 0xF : 0xF },
1087                            { *data >>  4, pp ? *(data + 1) >>  4 : 0xF } };
1088         data += 1 + pp;
1089
1090         for (int k = 0; k < e.pieceCount; ++k, ++data)
1091             for (int i = 0; i < Sides; i++)
1092                 item(p, i, f).precomp->pieces[k] = Piece(i ? *data >>  4 : *data & 0xF);
1093
1094         for (int i = 0; i < Sides; ++i)
1095             set_groups(e, item(p, i, f).precomp, order[i], f);
1096     }
1097
1098     data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1099
1100     for (File f = FILE_A; f <= MaxFile; ++f)
1101         for (int i = 0; i < Sides; i++)
1102             data = set_sizes(item(p, i, f).precomp, data);
1103
1104     if (!IsWDL)
1105         data = set_dtz_map(e, p, data, MaxFile);
1106
1107     for (File f = FILE_A; f <= MaxFile; ++f)
1108         for (int i = 0; i < Sides; i++) {
1109             (d = item(p, i, f).precomp)->sparseIndex = (SparseEntry*)data;
1110             data += d->sparseIndexSize * sizeof(SparseEntry) ;
1111         }
1112
1113     for (File f = FILE_A; f <= MaxFile; ++f)
1114         for (int i = 0; i < Sides; i++) {
1115             (d = item(p, i, f).precomp)->blockLength = (uint16_t*)data;
1116             data += d->blockLengthSize * sizeof(uint16_t);
1117         }
1118
1119     for (File f = FILE_A; f <= MaxFile; ++f)
1120         for (int i = 0; i < Sides; i++) {
1121             data = (uint8_t*)(((uintptr_t)data + 0x3F) & ~0x3F); // 64 byte alignment
1122             (d = item(p, i, f).precomp)->data = data;
1123             data += d->blocksNum * d->sizeofBlock;
1124         }
1125 }
1126
1127 template<typename Entry>
1128 void* init(Entry& e, const Position& pos) {
1129
1130     const bool IsWDL = std::is_same<Entry, WDLEntry>::value;
1131
1132     static Mutex mutex;
1133
1134     // Avoid a thread reads 'ready' == true while another is still in do_init(),
1135     // this could happen due to compiler reordering.
1136     if (e.ready.load(std::memory_order_acquire))
1137         return e.baseAddress;
1138
1139     std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
1140
1141     if (e.ready.load(std::memory_order_relaxed)) // Recheck under lock
1142         return e.baseAddress;
1143
1144     // Pieces strings in decreasing order for each color, like ("KPP","KR")
1145     std::string fname, w, b;
1146     for (PieceType pt = KING; pt >= PAWN; --pt) {
1147         w += std::string(popcount(pos.pieces(WHITE, pt)), PieceToChar[pt]);
1148         b += std::string(popcount(pos.pieces(BLACK, pt)), PieceToChar[pt]);
1149     }
1150
1151     const uint8_t TB_MAGIC[][4] = { { 0xD7, 0x66, 0x0C, 0xA5 },
1152                                     { 0x71, 0xE8, 0x23, 0x5D } };
1153
1154     fname =  (e.key == pos.material_key() ? w + 'v' + b : b + 'v' + w)
1155            + (IsWDL ? ".rtbw" : ".rtbz");
1156
1157     uint8_t* data = TBFile(fname).map(&e.baseAddress, &e.mapping, TB_MAGIC[IsWDL]);
1158     if (data)
1159         e.hasPawns ? do_init(e, e.pawnTable, data) : do_init(e, e.pieceTable, data);
1160
1161     e.ready.store(true, std::memory_order_release);
1162     return e.baseAddress;
1163 }
1164
1165 template<typename E, typename T = typename Ret<E>::type>
1166 T probe_table(const Position& pos, ProbeState* result, WDLScore wdl = WDLDraw) {
1167
1168     if (!(pos.pieces() ^ pos.pieces(KING)))
1169         return T(WDLDraw); // KvK
1170
1171     E* entry = EntryTable.get<E>(pos.material_key());
1172
1173     if (!entry || !init(*entry, pos))
1174         return *result = FAIL, T();
1175
1176     return do_probe_table(pos, entry, wdl, result);
1177 }
1178
1179 // For a position where the side to move has a winning capture it is not necessary
1180 // to store a winning value so the generator treats such positions as "don't cares"
1181 // and tries to assign to it a value that improves the compression ratio. Similarly,
1182 // if the side to move has a drawing capture, then the position is at least drawn.
1183 // If the position is won, then the TB needs to store a win value. But if the
1184 // position is drawn, the TB may store a loss value if that is better for compression.
1185 // All of this means that during probing, the engine must look at captures and probe
1186 // their results and must probe the position itself. The "best" result of these
1187 // probes is the correct result for the position.
1188 // DTZ table don't store values when a following move is a zeroing winning move
1189 // (winning capture or winning pawn move). Also DTZ store wrong values for positions
1190 // where the best move is an ep-move (even if losing). So in all these cases set
1191 // the state to ZEROING_BEST_MOVE.
1192 template<bool CheckZeroingMoves = false>
1193 WDLScore search(Position& pos, ProbeState* result) {
1194
1195     WDLScore value, bestValue = WDLLoss;
1196     StateInfo st;
1197
1198     auto moveList = MoveList<LEGAL>(pos);
1199     size_t totalCount = moveList.size(), moveCount = 0;
1200
1201     for (const Move& move : moveList)
1202     {
1203         if (   !pos.capture(move)
1204             && (!CheckZeroingMoves || type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN))
1205             continue;
1206
1207         moveCount++;
1208
1209         pos.do_move(move, st);
1210         value = -search(pos, result);
1211         pos.undo_move(move);
1212
1213         if (*result == FAIL)
1214             return WDLDraw;
1215
1216         if (value > bestValue)
1217         {
1218             bestValue = value;
1219
1220             if (value >= WDLWin)
1221             {
1222                 *result = ZEROING_BEST_MOVE; // Winning DTZ-zeroing move
1223                 return value;
1224             }
1225         }
1226     }
1227
1228     // In case we have already searched all the legal moves we don't have to probe
1229     // the TB because the stored score could be wrong. For instance TB tables
1230     // do not contain information on position with ep rights, so in this case
1231     // the result of probe_wdl_table is wrong. Also in case of only capture
1232     // moves, for instance here 4K3/4q3/6p1/2k5/6p1/8/8/8 w - - 0 7, we have to
1233     // return with ZEROING_BEST_MOVE set.
1234     bool noMoreMoves = (moveCount && moveCount == totalCount);
1235
1236     if (noMoreMoves)
1237         value = bestValue;
1238     else
1239     {
1240         value = probe_table<WDLEntry>(pos, result);
1241
1242         if (*result == FAIL)
1243             return WDLDraw;
1244     }
1245
1246     // DTZ stores a "don't care" value if bestValue is a win
1247     if (bestValue >= value)
1248         return *result = (   bestValue > WDLDraw
1249                           || noMoreMoves ? ZEROING_BEST_MOVE : OK), bestValue;
1250
1251     return *result = OK, value;
1252 }
1253
1254 } // namespace
1255
1256 void Tablebases::init(const std::string& paths) {
1257
1258     EntryTable.clear();
1259     MaxCardinality = 0;
1260     TBFile::Paths = paths;
1261
1262     if (paths.empty() || paths == "<empty>")
1263         return;
1264
1265     // MapB1H1H7[] encodes a square below a1-h8 diagonal to 0..27
1266     int code = 0;
1267     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
1268         if (off_A1H8(s) < 0)
1269             MapB1H1H7[s] = code++;
1270
1271     // MapA1D1D4[] encodes a square in the a1-d1-d4 triangle to 0..9
1272     std::vector<Square> diagonal;
1273     code = 0;
1274     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_D4; ++s)
1275         if (off_A1H8(s) < 0 && file_of(s) <= FILE_D)
1276             MapA1D1D4[s] = code++;
1277
1278         else if (!off_A1H8(s) && file_of(s) <= FILE_D)
1279             diagonal.push_back(s);
1280
1281     // Diagonal squares are encoded as last ones
1282     for (auto s : diagonal)
1283         MapA1D1D4[s] = code++;
1284
1285     // MapKK[] encodes all the 461 possible legal positions of two kings where
1286     // the first is in the a1-d1-d4 triangle. If the first king is on the a1-d4
1287     // diagonal, the other one shall not to be above the a1-h8 diagonal.
1288     std::vector<std::pair<int, Square>> bothOnDiagonal;
1289     code = 0;
1290     for (int idx = 0; idx < 10; idx++)
1291         for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_D4; ++s1)
1292             if (MapA1D1D4[s1] == idx && (idx || s1 == SQ_B1)) // SQ_B1 is mapped to 0
1293             {
1294                 for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
1295                     if ((PseudoAttacks[KING][s1] | s1) & s2)
1296                         continue; // Illegal position
1297
1298                     else if (!off_A1H8(s1) && off_A1H8(s2) > 0)
1299                         continue; // First on diagonal, second above
1300
1301                     else if (!off_A1H8(s1) && !off_A1H8(s2))
1302                         bothOnDiagonal.push_back(std::make_pair(idx, s2));
1303
1304                     else
1305                         MapKK[idx][s2] = code++;
1306             }
1307
1308     // Legal positions with both kings on diagonal are encoded as last ones
1309     for (auto p : bothOnDiagonal)
1310         MapKK[p.first][p.second] = code++;
1311
1312     // Binomial[] stores the Binomial Coefficents using Pascal rule. There
1313     // are Binomial[k][n] ways to choose k elements from a set of n elements.
1314     Binomial[0][0] = 1;
1315
1316     for (int n = 1; n < 64; n++) // Squares
1317         for (int k = 0; k < 6 && k <= n; ++k) // Pieces
1318             Binomial[k][n] =  (k > 0 ? Binomial[k - 1][n - 1] : 0)
1319                             + (k < n ? Binomial[k    ][n - 1] : 0);
1320
1321     // MapPawns[s] encodes squares a2-h7 to 0..47. This is the number of possible
1322     // available squares when the leading one is in 's'. Moreover the pawn with
1323     // highest MapPawns[] is the leading pawn, the one nearest the edge and,
1324     // among pawns with same file, the one with lowest rank.
1325     int availableSquares = 47; // Available squares when lead pawn is in a2
1326
1327     // Init the tables for the encoding of leading pawns group: with 6-men TB we
1328     // can have up to 4 leading pawns (KPPPPK).
1329     for (int leadPawnsCnt = 1; leadPawnsCnt <= 4; ++leadPawnsCnt)
1330         for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
1331         {
1332             // Restart the index at every file because TB table is splitted
1333             // by file, so we can reuse the same index for different files.
1334             int idx = 0;
1335
1336             // Sum all possible combinations for a given file, starting with
1337             // the leading pawn on rank 2 and increasing the rank.
1338             for (Rank r = RANK_2; r <= RANK_7; ++r)
1339             {
1340                 Square sq = make_square(f, r);
1341
1342                 // Compute MapPawns[] at first pass.
1343                 // If sq is the leading pawn square, any other pawn cannot be
1344                 // below or more toward the edge of sq. There are 47 available
1345                 // squares when sq = a2 and reduced by 2 for any rank increase
1346                 // due to mirroring: sq == a3 -> no a2, h2, so MapPawns[a3] = 45
1347                 if (leadPawnsCnt == 1)
1348                 {
1349                     MapPawns[sq] = availableSquares--;
1350                     MapPawns[sq ^ 7] = availableSquares--; // Horizontal flip
1351                 }
1352                 LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][sq] = idx;
1353                 idx += Binomial[leadPawnsCnt - 1][MapPawns[sq]];
1354             }
1355             // After a file is traversed, store the cumulated per-file index
1356             LeadPawnsSize[leadPawnsCnt][f] = idx;
1357         }
1358
1359     for (PieceType p1 = PAWN; p1 < KING; ++p1) {
1360         EntryTable.insert({KING, p1, KING});
1361
1362         for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= p1; ++p2) {
1363             EntryTable.insert({KING, p1, p2, KING});
1364             EntryTable.insert({KING, p1, KING, p2});
1365
1366             for (PieceType p3 = PAWN; p3 < KING; ++p3)
1367                 EntryTable.insert({KING, p1, p2, KING, p3});
1368
1369             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p2; ++p3) {
1370                 EntryTable.insert({KING, p1, p2, p3, KING});
1371
1372                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= p3; ++p4)
1373                     EntryTable.insert({KING, p1, p2, p3, p4, KING});
1374
1375                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 < KING; ++p4)
1376                     EntryTable.insert({KING, p1, p2, p3, KING, p4});
1377             }
1378
1379             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p1; ++p3)
1380                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= (p1 == p3 ? p2 : p3); ++p4)
1381                     EntryTable.insert({KING, p1, p2, KING, p3, p4});
1382         }
1383     }
1384
1385     sync_cout << "info string Found " << EntryTable.size() << " tablebases" << sync_endl;
1386 }
1387
1388 // Probe the WDL table for a particular position.
1389 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1390 // The return value is from the point of view of the side to move:
1391 // -2 : loss
1392 // -1 : loss, but draw under 50-move rule
1393 //  0 : draw
1394 //  1 : win, but draw under 50-move rule
1395 //  2 : win
1396 WDLScore Tablebases::probe_wdl(Position& pos, ProbeState* result) {
1397
1398     *result = OK;
1399     return search(pos, result);
1400 }
1401
1402 // Probe the DTZ table for a particular position.
1403 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1404 // The return value is from the point of view of the side to move:
1405 //         n < -100 : loss, but draw under 50-move rule
1406 // -100 <= n < -1   : loss in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1407 //         0        : draw
1408 //     1 < n <= 100 : win in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1409 //   100 < n        : win, but draw under 50-move rule
1410 //
1411 // The return value n can be off by 1: a return value -n can mean a loss
1412 // in n+1 ply and a return value +n can mean a win in n+1 ply. This
1413 // cannot happen for tables with positions exactly on the "edge" of
1414 // the 50-move rule.
1415 //
1416 // This implies that if dtz > 0 is returned, the position is certainly
1417 // a win if dtz + 50-move-counter <= 99. Care must be taken that the engine
1418 // picks moves that preserve dtz + 50-move-counter <= 99.
1419 //
1420 // If n = 100 immediately after a capture or pawn move, then the position
1421 // is also certainly a win, and during the whole phase until the next
1422 // capture or pawn move, the inequality to be preserved is
1423 // dtz + 50-movecounter <= 100.
1424 //
1425 // In short, if a move is available resulting in dtz + 50-move-counter <= 99,
1426 // then do not accept moves leading to dtz + 50-move-counter == 100.
1427 int Tablebases::probe_dtz(Position& pos, ProbeState* result) {
1428
1429     *result = OK;
1430     WDLScore wdl = search<true>(pos, result);
1431
1432     if (*result == FAIL || wdl == WDLDraw) // DTZ tables don't store draws
1433         return 0;
1434
1435     // DTZ stores a 'don't care' value in this case, or even a plain wrong
1436     // one as in case the best move is a losing ep, so it cannot be probed.
1437     if (*result == ZEROING_BEST_MOVE)
1438         return dtz_before_zeroing(wdl);
1439
1440     int dtz = probe_table<DTZEntry>(pos, result, wdl);
1441
1442     if (*result == FAIL)
1443         return 0;
1444
1445     if (*result != CHANGE_STM)
1446         return (dtz + 100 * (wdl == WDLBlessedLoss || wdl == WDLCursedWin)) * sign_of(wdl);
1447
1448     // DTZ stores results for the other side, so we need to do a 1-ply search and
1449     // find the winning move that minimizes DTZ.
1450     StateInfo st;
1451     int minDTZ = 0xFFFF;
1452
1453     for (const Move& move : MoveList<LEGAL>(pos))
1454     {
1455         bool zeroing = pos.capture(move) || type_of(pos.moved_piece(move)) == PAWN;
1456
1457         pos.do_move(move, st);
1458
1459         // For zeroing moves we want the dtz of the move _before_ doing it,
1460         // otherwise we will get the dtz of the next move sequence. Search the
1461         // position after the move to get the score sign (because even in a
1462         // winning position we could make a losing capture or going for a draw).
1463         dtz = zeroing ? -dtz_before_zeroing(search(pos, result))
1464                       : -probe_dtz(pos, result);
1465
1466         pos.undo_move(move);
1467
1468         if (*result == FAIL)
1469             return 0;
1470
1471         // Convert result from 1-ply search. Zeroing moves are already accounted
1472         // by dtz_before_zeroing() that returns the DTZ of the previous move.
1473         if (!zeroing)
1474             dtz += sign_of(dtz);
1475
1476         // Skip the draws and if we are winning only pick positive dtz
1477         if (dtz < minDTZ && sign_of(dtz) == sign_of(wdl))
1478             minDTZ = dtz;
1479     }
1480
1481     // Special handle a mate position, when there are no legal moves, in this
1482     // case return value is somewhat arbitrary, so stick to the original TB code
1483     // that returns -1 in this case.
1484     return minDTZ == 0xFFFF ? -1 : minDTZ;
1485 }
1486
1487 // Check whether there has been at least one repetition of positions
1488 // since the last capture or pawn move.
1489 static int has_repeated(StateInfo *st)
1490 {
1491     while (1) {
1492         int i = 4, e = std::min(st->rule50, st->pliesFromNull);
1493
1494         if (e < i)
1495             return 0;
1496
1497         StateInfo *stp = st->previous->previous;
1498
1499         do {
1500             stp = stp->previous->previous;
1501
1502             if (stp->key == st->key)
1503                 return 1;
1504
1505             i += 2;
1506         } while (i <= e);
1507
1508         st = st->previous;
1509     }
1510 }
1511
1512 // Use the DTZ tables to filter out moves that don't preserve the win or draw.
1513 // If the position is lost, but DTZ is fairly high, only keep moves that
1514 // maximise DTZ.
1515 //
1516 // A return value false indicates that not all probes were successful and that
1517 // no moves were filtered out.
1518 bool Tablebases::root_probe(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves, Value& score)
1519 {
1520     ProbeState result;
1521     int dtz = probe_dtz(pos, &result);
1522
1523     if (result == FAIL)
1524         return false;
1525
1526     StateInfo st;
1527
1528     // Probe each move
1529     for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1530         Move move = rootMoves[i].pv[0];
1531         pos.do_move(move, st);
1532         int v = 0;
1533
1534         if (pos.checkers() && dtz > 0) {
1535             ExtMove s[MAX_MOVES];
1536
1537             if (generate<LEGAL>(pos, s) == s)
1538                 v = 1;
1539         }
1540
1541         if (!v) {
1542             if (st.rule50 != 0) {
1543                 v = -probe_dtz(pos, &result);
1544
1545                 if (v > 0)
1546                     ++v;
1547                 else if (v < 0)
1548                     --v;
1549             } else {
1550                 v = -probe_wdl(pos, &result);
1551                 v = dtz_before_zeroing(WDLScore(v));
1552             }
1553         }
1554
1555         pos.undo_move(move);
1556
1557         if (result == FAIL)
1558             return false;
1559
1560         rootMoves[i].score = (Value)v;
1561     }
1562
1563     // Obtain 50-move counter for the root position.
1564     // In Stockfish there seems to be no clean way, so we do it like this:
1565     int cnt50 = st.previous->rule50;
1566
1567     // Use 50-move counter to determine whether the root position is
1568     // won, lost or drawn.
1569     WDLScore wdl = WDLDraw;
1570
1571     if (dtz > 0)
1572         wdl = (dtz + cnt50 <= 100) ? WDLWin : WDLCursedWin;
1573     else if (dtz < 0)
1574         wdl = (-dtz + cnt50 <= 100) ? WDLLoss : WDLBlessedLoss;
1575
1576     // Determine the score to report to the user.
1577     score = WDL_to_value[wdl + 2];
1578
1579     // If the position is winning or losing, but too few moves left, adjust the
1580     // score to show how close it is to winning or losing.
1581     // NOTE: int(PawnValueEg) is used as scaling factor in score_to_uci().
1582     if (wdl == WDLCursedWin && dtz <= 100)
1583         score = (Value)(((200 - dtz - cnt50) * int(PawnValueEg)) / 200);
1584     else if (wdl == WDLBlessedLoss && dtz >= -100)
1585         score = -(Value)(((200 + dtz - cnt50) * int(PawnValueEg)) / 200);
1586
1587     // Now be a bit smart about filtering out moves.
1588     size_t j = 0;
1589
1590     if (dtz > 0) { // winning (or 50-move rule draw)
1591         int best = 0xffff;
1592
1593         for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1594             int v = rootMoves[i].score;
1595
1596             if (v > 0 && v < best)
1597                 best = v;
1598         }
1599
1600         int max = best;
1601
1602         // If the current phase has not seen repetitions, then try all moves
1603         // that stay safely within the 50-move budget, if there are any.
1604         if (!has_repeated(st.previous) && best + cnt50 <= 99)
1605             max = 99 - cnt50;
1606
1607         for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1608             int v = rootMoves[i].score;
1609
1610             if (v > 0 && v <= max)
1611                 rootMoves[j++] = rootMoves[i];
1612         }
1613     } else if (dtz < 0) { // losing (or 50-move rule draw)
1614         int best = 0;
1615
1616         for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1617             int v = rootMoves[i].score;
1618
1619             if (v < best)
1620                 best = v;
1621         }
1622
1623         // Try all moves, unless we approach or have a 50-move rule draw.
1624         if (-best * 2 + cnt50 < 100)
1625             return true;
1626
1627         for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1628             if (rootMoves[i].score == best)
1629                 rootMoves[j++] = rootMoves[i];
1630         }
1631     } else { // drawing
1632         // Try all moves that preserve the draw.
1633         for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1634             if (rootMoves[i].score == 0)
1635                 rootMoves[j++] = rootMoves[i];
1636         }
1637     }
1638
1639     rootMoves.resize(j, Search::RootMove(MOVE_NONE));
1640
1641     return true;
1642 }
1643
1644 // Use the WDL tables to filter out moves that don't preserve the win or draw.
1645 // This is a fallback for the case that some or all DTZ tables are missing.
1646 //
1647 // A return value false indicates that not all probes were successful and that
1648 // no moves were filtered out.
1649 bool Tablebases::root_probe_wdl(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves, Value& score)
1650 {
1651     ProbeState result;
1652
1653     WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &result);
1654
1655     if (result == FAIL)
1656         return false;
1657
1658     score = WDL_to_value[wdl + 2];
1659
1660     StateInfo st;
1661
1662     int best = WDLLoss;
1663
1664     // Probe each move
1665     for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1666         Move move = rootMoves[i].pv[0];
1667         pos.do_move(move, st);
1668         WDLScore v = -Tablebases::probe_wdl(pos, &result);
1669         pos.undo_move(move);
1670
1671         if (result == FAIL)
1672             return false;
1673
1674         rootMoves[i].score = (Value)v;
1675
1676         if (v > best)
1677             best = v;
1678     }
1679
1680     size_t j = 0;
1681
1682     for (size_t i = 0; i < rootMoves.size(); ++i) {
1683         if (rootMoves[i].score == best)
1684             rootMoves[j++] = rootMoves[i];
1685     }
1686
1687     rootMoves.resize(j, Search::RootMove(MOVE_NONE));
1688
1689     return true;
1690 }