]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/syzygy/tbprobe.cpp
831c8259c538c103b6d4eb4a15fe1577ca8fbd79
[stockfish] / src / syzygy / tbprobe.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2021 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 "../movegen.h"
33 #include "../position.h"
34 #include "../search.h"
35 #include "../types.h"
36 #include "../uci.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 #ifndef NOMINMAX
48 #  define NOMINMAX // Disable macros min() and max()
49 #endif
50 #include <windows.h>
51 #endif
52
53 using namespace Stockfish::Tablebases;
54
55 int Stockfish::Tablebases::MaxCardinality;
56
57 namespace Stockfish {
58
59 namespace {
60
61 constexpr int TBPIECES = 7; // Max number of supported pieces
62
63 enum { BigEndian, LittleEndian };
64 enum TBType { WDL, DTZ }; // Used as template parameter
65
66 // Each table has a set of flags: all of them refer to DTZ tables, the last one to WDL tables
67 enum TBFlag { STM = 1, Mapped = 2, WinPlies = 4, LossPlies = 8, Wide = 16, SingleValue = 128 };
68
69 inline WDLScore operator-(WDLScore d) { return WDLScore(-int(d)); }
70 inline Square operator^(Square s, int i) { return Square(int(s) ^ i); }
71
72 const std::string PieceToChar = " PNBRQK  pnbrqk";
73
74 int MapPawns[SQUARE_NB];
75 int MapB1H1H7[SQUARE_NB];
76 int MapA1D1D4[SQUARE_NB];
77 int MapKK[10][SQUARE_NB]; // [MapA1D1D4][SQUARE_NB]
78
79 int Binomial[6][SQUARE_NB];    // [k][n] k elements from a set of n elements
80 int LeadPawnIdx[6][SQUARE_NB]; // [leadPawnsCnt][SQUARE_NB]
81 int LeadPawnsSize[6][4];       // [leadPawnsCnt][FILE_A..FILE_D]
82
83 // Comparison function to sort leading pawns in ascending MapPawns[] order
84 bool pawns_comp(Square i, Square j) { return MapPawns[i] < MapPawns[j]; }
85 int off_A1H8(Square sq) { return int(rank_of(sq)) - file_of(sq); }
86
87 constexpr Value WDL_to_value[] = {
88    -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1,
89     VALUE_DRAW - 2,
90     VALUE_DRAW,
91     VALUE_DRAW + 2,
92     VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
93 };
94
95 template<typename T, int Half = sizeof(T) / 2, int End = sizeof(T) - 1>
96 inline void swap_endian(T& x)
97 {
98     static_assert(std::is_unsigned<T>::value, "Argument of swap_endian not unsigned");
99
100     uint8_t tmp, *c = (uint8_t*)&x;
101     for (int i = 0; i < Half; ++i)
102         tmp = c[i], c[i] = c[End - i], c[End - i] = tmp;
103 }
104 template<> inline void swap_endian<uint8_t>(uint8_t&) {}
105
106 template<typename T, int LE> T number(void* addr)
107 {
108     static const union { uint32_t i; char c[4]; } Le = { 0x01020304 };
109     static const bool IsLittleEndian = (Le.c[0] == 4);
110
111     T v;
112
113     if ((uintptr_t)addr & (alignof(T) - 1)) // Unaligned pointer (very rare)
114         std::memcpy(&v, addr, sizeof(T));
115     else
116         v = *((T*)addr);
117
118     if (LE != IsLittleEndian)
119         swap_endian(v);
120     return v;
121 }
122
123 // DTZ tables don't store valid scores for moves that reset the rule50 counter
124 // like captures and pawn moves but we can easily recover the correct dtz of the
125 // previous move if we know the position's WDL score.
126 int dtz_before_zeroing(WDLScore wdl) {
127     return wdl == WDLWin         ?  1   :
128            wdl == WDLCursedWin   ?  101 :
129            wdl == WDLBlessedLoss ? -101 :
130            wdl == WDLLoss        ? -1   : 0;
131 }
132
133 // Return the sign of a number (-1, 0, 1)
134 template <typename T> int sign_of(T val) {
135     return (T(0) < val) - (val < T(0));
136 }
137
138 // Numbers in little endian used by sparseIndex[] to point into blockLength[]
139 struct SparseEntry {
140     char block[4];   // Number of block
141     char offset[2];  // Offset within the block
142 };
143
144 static_assert(sizeof(SparseEntry) == 6, "SparseEntry must be 6 bytes");
145
146 typedef uint16_t Sym; // Huffman symbol
147
148 struct LR {
149     enum Side { Left, Right };
150
151     uint8_t lr[3]; // The first 12 bits is the left-hand symbol, the second 12
152                    // bits is the right-hand symbol. If symbol has length 1,
153                    // then the left-hand symbol is the stored value.
154     template<Side S>
155     Sym get() {
156         return S == Left  ? ((lr[1] & 0xF) << 8) | lr[0] :
157                S == Right ?  (lr[2] << 4) | (lr[1] >> 4) : (assert(false), Sym(-1));
158     }
159 };
160
161 static_assert(sizeof(LR) == 3, "LR tree entry must be 3 bytes");
162
163 // Tablebases data layout is structured as following:
164 //
165 //  TBFile:   memory maps/unmaps the physical .rtbw and .rtbz files
166 //  TBTable:  one object for each file with corresponding indexing information
167 //  TBTables: has ownership of TBTable objects, keeping a list and a hash
168
169 // class TBFile memory maps/unmaps the single .rtbw and .rtbz files. Files are
170 // memory mapped for best performance. Files are mapped at first access: at init
171 // time only existence of the file is checked.
172 class TBFile : public std::ifstream {
173
174     std::string fname;
175
176 public:
177     // Look for and open the file among the Paths directories where the .rtbw
178     // and .rtbz files can be found. Multiple directories are separated by ";"
179     // on Windows and by ":" on Unix-based operating systems.
180     //
181     // Example:
182     // C:\tb\wdl345;C:\tb\wdl6;D:\tb\dtz345;D:\tb\dtz6
183     static std::string Paths;
184
185     TBFile(const std::string& f) {
186
187 #ifndef _WIN32
188         constexpr char SepChar = ':';
189 #else
190         constexpr char SepChar = ';';
191 #endif
192         std::stringstream ss(Paths);
193         std::string path;
194
195         while (std::getline(ss, path, SepChar))
196         {
197             fname = path + "/" + f;
198             std::ifstream::open(fname);
199             if (is_open())
200                 return;
201         }
202     }
203
204     // Memory map the file and check it. File should be already open and will be
205     // closed after mapping.
206     uint8_t* map(void** baseAddress, uint64_t* mapping, TBType type) {
207
208         assert(is_open());
209
210         close(); // Need to re-open to get native file descriptor
211
212 #ifndef _WIN32
213         struct stat statbuf;
214         int fd = ::open(fname.c_str(), O_RDONLY);
215
216         if (fd == -1)
217             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
218
219         fstat(fd, &statbuf);
220
221         if (statbuf.st_size % 64 != 16)
222         {
223             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
224             exit(EXIT_FAILURE);
225         }
226
227         *mapping = statbuf.st_size;
228         *baseAddress = mmap(nullptr, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
229 #if defined(MADV_RANDOM)
230         madvise(*baseAddress, statbuf.st_size, MADV_RANDOM);
231 #endif
232         ::close(fd);
233
234         if (*baseAddress == MAP_FAILED)
235         {
236             std::cerr << "Could not mmap() " << fname << std::endl;
237             exit(EXIT_FAILURE);
238         }
239 #else
240         // Note FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS is only a hint to Windows and as such may get ignored.
241         HANDLE fd = CreateFile(fname.c_str(), GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, nullptr,
242                                OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, nullptr);
243
244         if (fd == INVALID_HANDLE_VALUE)
245             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
246
247         DWORD size_high;
248         DWORD size_low = GetFileSize(fd, &size_high);
249
250         if (size_low % 64 != 16)
251         {
252             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
253             exit(EXIT_FAILURE);
254         }
255
256         HANDLE mmap = CreateFileMapping(fd, nullptr, PAGE_READONLY, size_high, size_low, nullptr);
257         CloseHandle(fd);
258
259         if (!mmap)
260         {
261             std::cerr << "CreateFileMapping() failed" << std::endl;
262             exit(EXIT_FAILURE);
263         }
264
265         *mapping = (uint64_t)mmap;
266         *baseAddress = MapViewOfFile(mmap, FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);
267
268         if (!*baseAddress)
269         {
270             std::cerr << "MapViewOfFile() failed, name = " << fname
271                       << ", error = " << GetLastError() << std::endl;
272             exit(EXIT_FAILURE);
273         }
274 #endif
275         uint8_t* data = (uint8_t*)*baseAddress;
276
277         constexpr uint8_t Magics[][4] = { { 0xD7, 0x66, 0x0C, 0xA5 },
278                                           { 0x71, 0xE8, 0x23, 0x5D } };
279
280         if (memcmp(data, Magics[type == WDL], 4))
281         {
282             std::cerr << "Corrupted table in file " << fname << std::endl;
283             unmap(*baseAddress, *mapping);
284             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
285         }
286
287         return data + 4; // Skip Magics's header
288     }
289
290     static void unmap(void* baseAddress, uint64_t mapping) {
291
292 #ifndef _WIN32
293         munmap(baseAddress, mapping);
294 #else
295         UnmapViewOfFile(baseAddress);
296         CloseHandle((HANDLE)mapping);
297 #endif
298     }
299 };
300
301 std::string TBFile::Paths;
302
303 // struct PairsData contains low level indexing information to access TB data.
304 // There are 8, 4 or 2 PairsData records for each TBTable, according to type of
305 // table and if positions have pawns or not. It is populated at first access.
306 struct PairsData {
307     uint8_t flags;                 // Table flags, see enum TBFlag
308     uint8_t maxSymLen;             // Maximum length in bits of the Huffman symbols
309     uint8_t minSymLen;             // Minimum length in bits of the Huffman symbols
310     uint32_t blocksNum;            // Number of blocks in the TB file
311     size_t sizeofBlock;            // Block size in bytes
312     size_t span;                   // About every span values there is a SparseIndex[] entry
313     Sym* lowestSym;                // lowestSym[l] is the symbol of length l with the lowest value
314     LR* btree;                     // btree[sym] stores the left and right symbols that expand sym
315     uint16_t* blockLength;         // Number of stored positions (minus one) for each block: 1..65536
316     uint32_t blockLengthSize;      // Size of blockLength[] table: padded so it's bigger than blocksNum
317     SparseEntry* sparseIndex;      // Partial indices into blockLength[]
318     size_t sparseIndexSize;        // Size of SparseIndex[] table
319     uint8_t* data;                 // Start of Huffman compressed data
320     std::vector<uint64_t> base64;  // base64[l - min_sym_len] is the 64bit-padded lowest symbol of length l
321     std::vector<uint8_t> symlen;   // Number of values (-1) represented by a given Huffman symbol: 1..256
322     Piece pieces[TBPIECES];        // Position pieces: the order of pieces defines the groups
323     uint64_t groupIdx[TBPIECES+1]; // Start index used for the encoding of the group's pieces
324     int groupLen[TBPIECES+1];      // Number of pieces in a given group: KRKN -> (3, 1)
325     uint16_t map_idx[4];           // WDLWin, WDLLoss, WDLCursedWin, WDLBlessedLoss (used in DTZ)
326 };
327
328 // struct TBTable contains indexing information to access the corresponding TBFile.
329 // There are 2 types of TBTable, corresponding to a WDL or a DTZ file. TBTable
330 // is populated at init time but the nested PairsData records are populated at
331 // first access, when the corresponding file is memory mapped.
332 template<TBType Type>
333 struct TBTable {
334     typedef typename std::conditional<Type == WDL, WDLScore, int>::type Ret;
335
336     static constexpr int Sides = Type == WDL ? 2 : 1;
337
338     std::atomic_bool ready;
339     void* baseAddress;
340     uint8_t* map;
341     uint64_t mapping;
342     Key key;
343     Key key2;
344     int pieceCount;
345     bool hasPawns;
346     bool hasUniquePieces;
347     uint8_t pawnCount[2]; // [Lead color / other color]
348     PairsData items[Sides][4]; // [wtm / btm][FILE_A..FILE_D or 0]
349
350     PairsData* get(int stm, int f) {
351         return &items[stm % Sides][hasPawns ? f : 0];
352     }
353
354     TBTable() : ready(false), baseAddress(nullptr) {}
355     explicit TBTable(const std::string& code);
356     explicit TBTable(const TBTable<WDL>& wdl);
357
358     ~TBTable() {
359         if (baseAddress)
360             TBFile::unmap(baseAddress, mapping);
361     }
362 };
363
364 template<>
365 TBTable<WDL>::TBTable(const std::string& code) : TBTable() {
366
367     StateInfo st;
368     Position pos;
369
370     key = pos.set(code, WHITE, &st).material_key();
371     pieceCount = pos.count<ALL_PIECES>();
372     hasPawns = pos.pieces(PAWN);
373
374     hasUniquePieces = false;
375     for (Color c : { WHITE, BLACK })
376         for (PieceType pt = PAWN; pt < KING; ++pt)
377             if (popcount(pos.pieces(c, pt)) == 1)
378                 hasUniquePieces = true;
379
380     // Set the leading color. In case both sides have pawns the leading color
381     // is the side with less pawns because this leads to better compression.
382     bool c =   !pos.count<PAWN>(BLACK)
383             || (   pos.count<PAWN>(WHITE)
384                 && pos.count<PAWN>(BLACK) >= pos.count<PAWN>(WHITE));
385
386     pawnCount[0] = pos.count<PAWN>(c ? WHITE : BLACK);
387     pawnCount[1] = pos.count<PAWN>(c ? BLACK : WHITE);
388
389     key2 = pos.set(code, BLACK, &st).material_key();
390 }
391
392 template<>
393 TBTable<DTZ>::TBTable(const TBTable<WDL>& wdl) : TBTable() {
394
395     // Use the corresponding WDL table to avoid recalculating all from scratch
396     key = wdl.key;
397     key2 = wdl.key2;
398     pieceCount = wdl.pieceCount;
399     hasPawns = wdl.hasPawns;
400     hasUniquePieces = wdl.hasUniquePieces;
401     pawnCount[0] = wdl.pawnCount[0];
402     pawnCount[1] = wdl.pawnCount[1];
403 }
404
405 // class TBTables creates and keeps ownership of the TBTable objects, one for
406 // each TB file found. It supports a fast, hash based, table lookup. Populated
407 // at init time, accessed at probe time.
408 class TBTables {
409
410     struct Entry
411     {
412         Key key;
413         TBTable<WDL>* wdl;
414         TBTable<DTZ>* dtz;
415
416         template <TBType Type>
417         TBTable<Type>* get() const {
418             return (TBTable<Type>*)(Type == WDL ? (void*)wdl : (void*)dtz);
419         }
420     };
421
422     static constexpr int Size = 1 << 12; // 4K table, indexed by key's 12 lsb
423     static constexpr int Overflow = 1;  // Number of elements allowed to map to the last bucket
424
425     Entry hashTable[Size + Overflow];
426
427     std::deque<TBTable<WDL>> wdlTable;
428     std::deque<TBTable<DTZ>> dtzTable;
429
430     void insert(Key key, TBTable<WDL>* wdl, TBTable<DTZ>* dtz) {
431         uint32_t homeBucket = (uint32_t)key & (Size - 1);
432         Entry entry{ key, wdl, dtz };
433
434         // Ensure last element is empty to avoid overflow when looking up
435         for (uint32_t bucket = homeBucket; bucket < Size + Overflow - 1; ++bucket) {
436             Key otherKey = hashTable[bucket].key;
437             if (otherKey == key || !hashTable[bucket].get<WDL>()) {
438                 hashTable[bucket] = entry;
439                 return;
440             }
441
442             // Robin Hood hashing: If we've probed for longer than this element,
443             // insert here and search for a new spot for the other element instead.
444             uint32_t otherHomeBucket = (uint32_t)otherKey & (Size - 1);
445             if (otherHomeBucket > homeBucket) {
446                 std::swap(entry, hashTable[bucket]);
447                 key = otherKey;
448                 homeBucket = otherHomeBucket;
449             }
450         }
451         std::cerr << "TB hash table size too low!" << std::endl;
452         exit(EXIT_FAILURE);
453     }
454
455 public:
456     template<TBType Type>
457     TBTable<Type>* get(Key key) {
458         for (const Entry* entry = &hashTable[(uint32_t)key & (Size - 1)]; ; ++entry) {
459             if (entry->key == key || !entry->get<Type>())
460                 return entry->get<Type>();
461         }
462     }
463
464     void clear() {
465         memset(hashTable, 0, sizeof(hashTable));
466         wdlTable.clear();
467         dtzTable.clear();
468     }
469     size_t size() const { return wdlTable.size(); }
470     void add(const std::vector<PieceType>& pieces);
471 };
472
473 TBTables TBTables;
474
475 // If the corresponding file exists two new objects TBTable<WDL> and TBTable<DTZ>
476 // are created and added to the lists and hash table. Called at init time.
477 void TBTables::add(const std::vector<PieceType>& pieces) {
478
479     std::string code;
480
481     for (PieceType pt : pieces)
482         code += PieceToChar[pt];
483
484     TBFile file(code.insert(code.find('K', 1), "v") + ".rtbw"); // KRK -> KRvK
485
486     if (!file.is_open()) // Only WDL file is checked
487         return;
488
489     file.close();
490
491     MaxCardinality = std::max((int)pieces.size(), MaxCardinality);
492
493     wdlTable.emplace_back(code);
494     dtzTable.emplace_back(wdlTable.back());
495
496     // Insert into the hash keys for both colors: KRvK with KR white and black
497     insert(wdlTable.back().key , &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
498     insert(wdlTable.back().key2, &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
499 }
500
501 // TB tables are compressed with canonical Huffman code. The compressed data is divided into
502 // blocks of size d->sizeofBlock, and each block stores a variable number of symbols.
503 // Each symbol represents either a WDL or a (remapped) DTZ value, or a pair of other symbols
504 // (recursively). If you keep expanding the symbols in a block, you end up with up to 65536
505 // WDL or DTZ values. Each symbol represents up to 256 values and will correspond after
506 // Huffman coding to at least 1 bit. So a block of 32 bytes corresponds to at most
507 // 32 x 8 x 256 = 65536 values. This maximum is only reached for tables that consist mostly
508 // of draws or mostly of wins, but such tables are actually quite common. In principle, the
509 // blocks in WDL tables are 64 bytes long (and will be aligned on cache lines). But for
510 // mostly-draw or mostly-win tables this can leave many 64-byte blocks only half-filled, so
511 // in such cases blocks are 32 bytes long. The blocks of DTZ tables are up to 1024 bytes long.
512 // The generator picks the size that leads to the smallest table. The "book" of symbols and
513 // Huffman codes is the same for all blocks in the table. A non-symmetric pawnless TB file
514 // will have one table for wtm and one for btm, a TB file with pawns will have tables per
515 // file a,b,c,d also in this case one set for wtm and one for btm.
516 int decompress_pairs(PairsData* d, uint64_t idx) {
517
518     // Special case where all table positions store the same value
519     if (d->flags & TBFlag::SingleValue)
520         return d->minSymLen;
521
522     // First we need to locate the right block that stores the value at index "idx".
523     // Because each block n stores blockLength[n] + 1 values, the index i of the block
524     // that contains the value at position idx is:
525     //
526     //                    for (i = -1, sum = 0; sum <= idx; i++)
527     //                        sum += blockLength[i + 1] + 1;
528     //
529     // This can be slow, so we use SparseIndex[] populated with a set of SparseEntry that
530     // point to known indices into blockLength[]. Namely SparseIndex[k] is a SparseEntry
531     // that stores the blockLength[] index and the offset within that block of the value
532     // with index I(k), where:
533     //
534     //       I(k) = k * d->span + d->span / 2      (1)
535
536     // First step is to get the 'k' of the I(k) nearest to our idx, using definition (1)
537     uint32_t k = uint32_t(idx / d->span);
538
539     // Then we read the corresponding SparseIndex[] entry
540     uint32_t block = number<uint32_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].block);
541     int offset     = number<uint16_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].offset);
542
543     // Now compute the difference idx - I(k). From definition of k we know that
544     //
545     //       idx = k * d->span + idx % d->span    (2)
546     //
547     // So from (1) and (2) we can compute idx - I(K):
548     int diff = idx % d->span - d->span / 2;
549
550     // Sum the above to offset to find the offset corresponding to our idx
551     offset += diff;
552
553     // Move to previous/next block, until we reach the correct block that contains idx,
554     // that is when 0 <= offset <= d->blockLength[block]
555     while (offset < 0)
556         offset += d->blockLength[--block] + 1;
557
558     while (offset > d->blockLength[block])
559         offset -= d->blockLength[block++] + 1;
560
561     // Finally, we find the start address of our block of canonical Huffman symbols
562     uint32_t* ptr = (uint32_t*)(d->data + ((uint64_t)block * d->sizeofBlock));
563
564     // Read the first 64 bits in our block, this is a (truncated) sequence of
565     // unknown number of symbols of unknown length but we know the first one
566     // is at the beginning of this 64 bits sequence.
567     uint64_t buf64 = number<uint64_t, BigEndian>(ptr); ptr += 2;
568     int buf64Size = 64;
569     Sym sym;
570
571     while (true)
572     {
573         int len = 0; // This is the symbol length - d->min_sym_len
574
575         // Now get the symbol length. For any symbol s64 of length l right-padded
576         // to 64 bits we know that d->base64[l-1] >= s64 >= d->base64[l] so we
577         // can find the symbol length iterating through base64[].
578         while (buf64 < d->base64[len])
579             ++len;
580
581         // All the symbols of a given length are consecutive integers (numerical
582         // sequence property), so we can compute the offset of our symbol of
583         // length len, stored at the beginning of buf64.
584         sym = Sym((buf64 - d->base64[len]) >> (64 - len - d->minSymLen));
585
586         // Now add the value of the lowest symbol of length len to get our symbol
587         sym += number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[len]);
588
589         // If our offset is within the number of values represented by symbol sym
590         // we are done...
591         if (offset < d->symlen[sym] + 1)
592             break;
593
594         // ...otherwise update the offset and continue to iterate
595         offset -= d->symlen[sym] + 1;
596         len += d->minSymLen; // Get the real length
597         buf64 <<= len;       // Consume the just processed symbol
598         buf64Size -= len;
599
600         if (buf64Size <= 32) { // Refill the buffer
601             buf64Size += 32;
602             buf64 |= (uint64_t)number<uint32_t, BigEndian>(ptr++) << (64 - buf64Size);
603         }
604     }
605
606     // Ok, now we have our symbol that expands into d->symlen[sym] + 1 symbols.
607     // We binary-search for our value recursively expanding into the left and
608     // right child symbols until we reach a leaf node where symlen[sym] + 1 == 1
609     // that will store the value we need.
610     while (d->symlen[sym])
611     {
612         Sym left = d->btree[sym].get<LR::Left>();
613
614         // If a symbol contains 36 sub-symbols (d->symlen[sym] + 1 = 36) and
615         // expands in a pair (d->symlen[left] = 23, d->symlen[right] = 11), then
616         // we know that, for instance the ten-th value (offset = 10) will be on
617         // the left side because in Recursive Pairing child symbols are adjacent.
618         if (offset < d->symlen[left] + 1)
619             sym = left;
620         else {
621             offset -= d->symlen[left] + 1;
622             sym = d->btree[sym].get<LR::Right>();
623         }
624     }
625
626     return d->btree[sym].get<LR::Left>();
627 }
628
629 bool check_dtz_stm(TBTable<WDL>*, int, File) { return true; }
630
631 bool check_dtz_stm(TBTable<DTZ>* entry, int stm, File f) {
632
633     auto flags = entry->get(stm, f)->flags;
634     return   (flags & TBFlag::STM) == stm
635           || ((entry->key == entry->key2) && !entry->hasPawns);
636 }
637
638 // DTZ scores are sorted by frequency of occurrence and then assigned the
639 // values 0, 1, 2, ... in order of decreasing frequency. This is done for each
640 // of the four WDLScore values. The mapping information necessary to reconstruct
641 // the original values is stored in the TB file and read during map[] init.
642 WDLScore map_score(TBTable<WDL>*, File, int value, WDLScore) { return WDLScore(value - 2); }
643
644 int map_score(TBTable<DTZ>* entry, File f, int value, WDLScore wdl) {
645
646     constexpr int WDLMap[] = { 1, 3, 0, 2, 0 };
647
648     auto flags = entry->get(0, f)->flags;
649
650     uint8_t* map = entry->map;
651     uint16_t* idx = entry->get(0, f)->map_idx;
652     if (flags & TBFlag::Mapped) {
653         if (flags & TBFlag::Wide)
654             value = ((uint16_t *)map)[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
655         else
656             value = map[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
657     }
658
659     // DTZ tables store distance to zero in number of moves or plies. We
660     // want to return plies, so we have convert to plies when needed.
661     if (   (wdl == WDLWin  && !(flags & TBFlag::WinPlies))
662         || (wdl == WDLLoss && !(flags & TBFlag::LossPlies))
663         ||  wdl == WDLCursedWin
664         ||  wdl == WDLBlessedLoss)
665         value *= 2;
666
667     return value + 1;
668 }
669
670 // Compute a unique index out of a position and use it to probe the TB file. To
671 // encode k pieces of same type and color, first sort the pieces by square in
672 // ascending order s1 <= s2 <= ... <= sk then compute the unique index as:
673 //
674 //      idx = Binomial[1][s1] + Binomial[2][s2] + ... + Binomial[k][sk]
675 //
676 template<typename T, typename Ret = typename T::Ret>
677 Ret do_probe_table(const Position& pos, T* entry, WDLScore wdl, ProbeState* result) {
678
679     Square squares[TBPIECES];
680     Piece pieces[TBPIECES];
681     uint64_t idx;
682     int next = 0, size = 0, leadPawnsCnt = 0;
683     PairsData* d;
684     Bitboard b, leadPawns = 0;
685     File tbFile = FILE_A;
686
687     // A given TB entry like KRK has associated two material keys: KRvk and Kvkr.
688     // If both sides have the same pieces keys are equal. In this case TB tables
689     // only store the 'white to move' case, so if the position to lookup has black
690     // to move, we need to switch the color and flip the squares before to lookup.
691     bool symmetricBlackToMove = (entry->key == entry->key2 && pos.side_to_move());
692
693     // TB files are calculated for white as stronger side. For instance we have
694     // KRvK, not KvKR. A position where stronger side is white will have its
695     // material key == entry->key, otherwise we have to switch the color and
696     // flip the squares before to lookup.
697     bool blackStronger = (pos.material_key() != entry->key);
698
699     int flipColor   = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 8;
700     int flipSquares = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 56;
701     int stm         = (symmetricBlackToMove || blackStronger) ^ pos.side_to_move();
702
703     // For pawns, TB files store 4 separate tables according if leading pawn is on
704     // file a, b, c or d after reordering. The leading pawn is the one with maximum
705     // MapPawns[] value, that is the one most toward the edges and with lowest rank.
706     if (entry->hasPawns) {
707
708         // In all the 4 tables, pawns are at the beginning of the piece sequence and
709         // their color is the reference one. So we just pick the first one.
710         Piece pc = Piece(entry->get(0, 0)->pieces[0] ^ flipColor);
711
712         assert(type_of(pc) == PAWN);
713
714         leadPawns = b = pos.pieces(color_of(pc), PAWN);
715         do
716             squares[size++] = pop_lsb(b) ^ flipSquares;
717         while (b);
718
719         leadPawnsCnt = size;
720
721         std::swap(squares[0], *std::max_element(squares, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp));
722
723         tbFile = File(edge_distance(file_of(squares[0])));
724     }
725
726     // DTZ tables are one-sided, i.e. they store positions only for white to
727     // move or only for black to move, so check for side to move to be stm,
728     // early exit otherwise.
729     if (!check_dtz_stm(entry, stm, tbFile))
730         return *result = CHANGE_STM, Ret();
731
732     // Now we are ready to get all the position pieces (but the lead pawns) and
733     // directly map them to the correct color and square.
734     b = pos.pieces() ^ leadPawns;
735     do {
736         Square s = pop_lsb(b);
737         squares[size] = s ^ flipSquares;
738         pieces[size++] = Piece(pos.piece_on(s) ^ flipColor);
739     } while (b);
740
741     assert(size >= 2);
742
743     d = entry->get(stm, tbFile);
744
745     // Then we reorder the pieces to have the same sequence as the one stored
746     // in pieces[i]: the sequence that ensures the best compression.
747     for (int i = leadPawnsCnt; i < size - 1; ++i)
748         for (int j = i + 1; j < size; ++j)
749             if (d->pieces[i] == pieces[j])
750             {
751                 std::swap(pieces[i], pieces[j]);
752                 std::swap(squares[i], squares[j]);
753                 break;
754             }
755
756     // Now we map again the squares so that the square of the lead piece is in
757     // the triangle A1-D1-D4.
758     if (file_of(squares[0]) > FILE_D)
759         for (int i = 0; i < size; ++i)
760             squares[i] = flip_file(squares[i]);
761
762     // Encode leading pawns starting with the one with minimum MapPawns[] and
763     // proceeding in ascending order.
764     if (entry->hasPawns) {
765         idx = LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][squares[0]];
766
767         std::stable_sort(squares + 1, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp);
768
769         for (int i = 1; i < leadPawnsCnt; ++i)
770             idx += Binomial[i][MapPawns[squares[i]]];
771
772         goto encode_remaining; // With pawns we have finished special treatments
773     }
774
775     // In positions withouth pawns, we further flip the squares to ensure leading
776     // piece is below RANK_5.
777     if (rank_of(squares[0]) > RANK_4)
778         for (int i = 0; i < size; ++i)
779             squares[i] = flip_rank(squares[i]);
780
781     // Look for the first piece of the leading group not on the A1-D4 diagonal
782     // and ensure it is mapped below the diagonal.
783     for (int i = 0; i < d->groupLen[0]; ++i) {
784         if (!off_A1H8(squares[i]))
785             continue;
786
787         if (off_A1H8(squares[i]) > 0) // A1-H8 diagonal flip: SQ_A3 -> SQ_C1
788             for (int j = i; j < size; ++j)
789                 squares[j] = Square(((squares[j] >> 3) | (squares[j] << 3)) & 63);
790         break;
791     }
792
793     // Encode the leading group.
794     //
795     // Suppose we have KRvK. Let's say the pieces are on square numbers wK, wR
796     // and bK (each 0...63). The simplest way to map this position to an index
797     // is like this:
798     //
799     //   index = wK * 64 * 64 + wR * 64 + bK;
800     //
801     // But this way the TB is going to have 64*64*64 = 262144 positions, with
802     // lots of positions being equivalent (because they are mirrors of each
803     // other) and lots of positions being invalid (two pieces on one square,
804     // adjacent kings, etc.).
805     // Usually the first step is to take the wK and bK together. There are just
806     // 462 ways legal and not-mirrored ways to place the wK and bK on the board.
807     // Once we have placed the wK and bK, there are 62 squares left for the wR
808     // Mapping its square from 0..63 to available squares 0..61 can be done like:
809     //
810     //   wR -= (wR > wK) + (wR > bK);
811     //
812     // In words: if wR "comes later" than wK, we deduct 1, and the same if wR
813     // "comes later" than bK. In case of two same pieces like KRRvK we want to
814     // place the two Rs "together". If we have 62 squares left, we can place two
815     // Rs "together" in 62 * 61 / 2 ways (we divide by 2 because rooks can be
816     // swapped and still get the same position.)
817     //
818     // In case we have at least 3 unique pieces (inlcuded kings) we encode them
819     // together.
820     if (entry->hasUniquePieces) {
821
822         int adjust1 =  squares[1] > squares[0];
823         int adjust2 = (squares[2] > squares[0]) + (squares[2] > squares[1]);
824
825         // First piece is below a1-h8 diagonal. MapA1D1D4[] maps the b1-d1-d3
826         // triangle to 0...5. There are 63 squares for second piece and and 62
827         // (mapped to 0...61) for the third.
828         if (off_A1H8(squares[0]))
829             idx = (   MapA1D1D4[squares[0]]  * 63
830                    + (squares[1] - adjust1)) * 62
831                    +  squares[2] - adjust2;
832
833         // First piece is on a1-h8 diagonal, second below: map this occurence to
834         // 6 to differentiate from the above case, rank_of() maps a1-d4 diagonal
835         // to 0...3 and finally MapB1H1H7[] maps the b1-h1-h7 triangle to 0..27.
836         else if (off_A1H8(squares[1]))
837             idx = (  6 * 63 + rank_of(squares[0]) * 28
838                    + MapB1H1H7[squares[1]])       * 62
839                    + squares[2] - adjust2;
840
841         // First two pieces are on a1-h8 diagonal, third below
842         else if (off_A1H8(squares[2]))
843             idx =  6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62
844                  +  rank_of(squares[0])        * 7 * 28
845                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1) * 28
846                  +  MapB1H1H7[squares[2]];
847
848         // All 3 pieces on the diagonal a1-h8
849         else
850             idx = 6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62 + 4 * 7 * 28
851                  +  rank_of(squares[0])         * 7 * 6
852                  + (rank_of(squares[1]) - adjust1)  * 6
853                  + (rank_of(squares[2]) - adjust2);
854     } else
855         // We don't have at least 3 unique pieces, like in KRRvKBB, just map
856         // the kings.
857         idx = MapKK[MapA1D1D4[squares[0]]][squares[1]];
858
859 encode_remaining:
860     idx *= d->groupIdx[0];
861     Square* groupSq = squares + d->groupLen[0];
862
863     // Encode remainig pawns then pieces according to square, in ascending order
864     bool remainingPawns = entry->hasPawns && entry->pawnCount[1];
865
866     while (d->groupLen[++next])
867     {
868         std::stable_sort(groupSq, groupSq + d->groupLen[next]);
869         uint64_t n = 0;
870
871         // Map down a square if "comes later" than a square in the previous
872         // groups (similar to what done earlier for leading group pieces).
873         for (int i = 0; i < d->groupLen[next]; ++i)
874         {
875             auto f = [&](Square s) { return groupSq[i] > s; };
876             auto adjust = std::count_if(squares, groupSq, f);
877             n += Binomial[i + 1][groupSq[i] - adjust - 8 * remainingPawns];
878         }
879
880         remainingPawns = false;
881         idx += n * d->groupIdx[next];
882         groupSq += d->groupLen[next];
883     }
884
885     // Now that we have the index, decompress the pair and get the score
886     return map_score(entry, tbFile, decompress_pairs(d, idx), wdl);
887 }
888
889 // Group together pieces that will be encoded together. The general rule is that
890 // a group contains pieces of same type and color. The exception is the leading
891 // group that, in case of positions withouth pawns, can be formed by 3 different
892 // pieces (default) or by the king pair when there is not a unique piece apart
893 // from the kings. When there are pawns, pawns are always first in pieces[].
894 //
895 // As example KRKN -> KRK + N, KNNK -> KK + NN, KPPKP -> P + PP + K + K
896 //
897 // The actual grouping depends on the TB generator and can be inferred from the
898 // sequence of pieces in piece[] array.
899 template<typename T>
900 void set_groups(T& e, PairsData* d, int order[], File f) {
901
902     int n = 0, firstLen = e.hasPawns ? 0 : e.hasUniquePieces ? 3 : 2;
903     d->groupLen[n] = 1;
904
905     // Number of pieces per group is stored in groupLen[], for instance in KRKN
906     // the encoder will default on '111', so groupLen[] will be (3, 1).
907     for (int i = 1; i < e.pieceCount; ++i)
908         if (--firstLen > 0 || d->pieces[i] == d->pieces[i - 1])
909             d->groupLen[n]++;
910         else
911             d->groupLen[++n] = 1;
912
913     d->groupLen[++n] = 0; // Zero-terminated
914
915     // The sequence in pieces[] defines the groups, but not the order in which
916     // they are encoded. If the pieces in a group g can be combined on the board
917     // in N(g) different ways, then the position encoding will be of the form:
918     //
919     //           g1 * N(g2) * N(g3) + g2 * N(g3) + g3
920     //
921     // This ensures unique encoding for the whole position. The order of the
922     // groups is a per-table parameter and could not follow the canonical leading
923     // pawns/pieces -> remainig pawns -> remaining pieces. In particular the
924     // first group is at order[0] position and the remaining pawns, when present,
925     // are at order[1] position.
926     bool pp = e.hasPawns && e.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
927     int next = pp ? 2 : 1;
928     int freeSquares = 64 - d->groupLen[0] - (pp ? d->groupLen[1] : 0);
929     uint64_t idx = 1;
930
931     for (int k = 0; next < n || k == order[0] || k == order[1]; ++k)
932         if (k == order[0]) // Leading pawns or pieces
933         {
934             d->groupIdx[0] = idx;
935             idx *=         e.hasPawns ? LeadPawnsSize[d->groupLen[0]][f]
936                   : e.hasUniquePieces ? 31332 : 462;
937         }
938         else if (k == order[1]) // Remaining pawns
939         {
940             d->groupIdx[1] = idx;
941             idx *= Binomial[d->groupLen[1]][48 - d->groupLen[0]];
942         }
943         else // Remainig pieces
944         {
945             d->groupIdx[next] = idx;
946             idx *= Binomial[d->groupLen[next]][freeSquares];
947             freeSquares -= d->groupLen[next++];
948         }
949
950     d->groupIdx[n] = idx;
951 }
952
953 // In Recursive Pairing each symbol represents a pair of childern symbols. So
954 // read d->btree[] symbols data and expand each one in his left and right child
955 // symbol until reaching the leafs that represent the symbol value.
956 uint8_t set_symlen(PairsData* d, Sym s, std::vector<bool>& visited) {
957
958     visited[s] = true; // We can set it now because tree is acyclic
959     Sym sr = d->btree[s].get<LR::Right>();
960
961     if (sr == 0xFFF)
962         return 0;
963
964     Sym sl = d->btree[s].get<LR::Left>();
965
966     if (!visited[sl])
967         d->symlen[sl] = set_symlen(d, sl, visited);
968
969     if (!visited[sr])
970         d->symlen[sr] = set_symlen(d, sr, visited);
971
972     return d->symlen[sl] + d->symlen[sr] + 1;
973 }
974
975 uint8_t* set_sizes(PairsData* d, uint8_t* data) {
976
977     d->flags = *data++;
978
979     if (d->flags & TBFlag::SingleValue) {
980         d->blocksNum = d->blockLengthSize = 0;
981         d->span = d->sparseIndexSize = 0; // Broken MSVC zero-init
982         d->minSymLen = *data++; // Here we store the single value
983         return data;
984     }
985
986     // groupLen[] is a zero-terminated list of group lengths, the last groupIdx[]
987     // element stores the biggest index that is the tb size.
988     uint64_t tbSize = d->groupIdx[std::find(d->groupLen, d->groupLen + 7, 0) - d->groupLen];
989
990     d->sizeofBlock = 1ULL << *data++;
991     d->span = 1ULL << *data++;
992     d->sparseIndexSize = size_t((tbSize + d->span - 1) / d->span); // Round up
993     auto padding = number<uint8_t, LittleEndian>(data++);
994     d->blocksNum = number<uint32_t, LittleEndian>(data); data += sizeof(uint32_t);
995     d->blockLengthSize = d->blocksNum + padding; // Padded to ensure SparseIndex[]
996                                                  // does not point out of range.
997     d->maxSymLen = *data++;
998     d->minSymLen = *data++;
999     d->lowestSym = (Sym*)data;
1000     d->base64.resize(d->maxSymLen - d->minSymLen + 1);
1001
1002     // The canonical code is ordered such that longer symbols (in terms of
1003     // the number of bits of their Huffman code) have lower numeric value,
1004     // so that d->lowestSym[i] >= d->lowestSym[i+1] (when read as LittleEndian).
1005     // Starting from this we compute a base64[] table indexed by symbol length
1006     // and containing 64 bit values so that d->base64[i] >= d->base64[i+1].
1007     // See https://en.wikipedia.org/wiki/Huffman_coding
1008     for (int i = d->base64.size() - 2; i >= 0; --i) {
1009         d->base64[i] = (d->base64[i + 1] + number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i])
1010                                          - number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i + 1])) / 2;
1011
1012         assert(d->base64[i] * 2 >= d->base64[i+1]);
1013     }
1014
1015     // Now left-shift by an amount so that d->base64[i] gets shifted 1 bit more
1016     // than d->base64[i+1] and given the above assert condition, we ensure that
1017     // d->base64[i] >= d->base64[i+1]. Moreover for any symbol s64 of length i
1018     // and right-padded to 64 bits holds d->base64[i-1] >= s64 >= d->base64[i].
1019     for (size_t i = 0; i < d->base64.size(); ++i)
1020         d->base64[i] <<= 64 - i - d->minSymLen; // Right-padding to 64 bits
1021
1022     data += d->base64.size() * sizeof(Sym);
1023     d->symlen.resize(number<uint16_t, LittleEndian>(data)); data += sizeof(uint16_t);
1024     d->btree = (LR*)data;
1025
1026     // The compression scheme used is "Recursive Pairing", that replaces the most
1027     // frequent adjacent pair of symbols in the source message by a new symbol,
1028     // reevaluating the frequencies of all of the symbol pairs with respect to
1029     // the extended alphabet, and then repeating the process.
1030     // See http://www.larsson.dogma.net/dcc99.pdf
1031     std::vector<bool> visited(d->symlen.size());
1032
1033     for (Sym sym = 0; sym < d->symlen.size(); ++sym)
1034         if (!visited[sym])
1035             d->symlen[sym] = set_symlen(d, sym, visited);
1036
1037     return data + d->symlen.size() * sizeof(LR) + (d->symlen.size() & 1);
1038 }
1039
1040 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<WDL>&, uint8_t* data, File) { return data; }
1041
1042 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<DTZ>& e, uint8_t* data, File maxFile) {
1043
1044     e.map = data;
1045
1046     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f) {
1047         auto flags = e.get(0, f)->flags;
1048         if (flags & TBFlag::Mapped) {
1049             if (flags & TBFlag::Wide) {
1050                 data += (uintptr_t)data & 1;  // Word alignment, we may have a mixed table
1051                 for (int i = 0; i < 4; ++i) { // Sequence like 3,x,x,x,1,x,0,2,x,x
1052                     e.get(0, f)->map_idx[i] = (uint16_t)((uint16_t *)data - (uint16_t *)e.map + 1);
1053                     data += 2 * number<uint16_t, LittleEndian>(data) + 2;
1054                 }
1055             }
1056             else {
1057                 for (int i = 0; i < 4; ++i) {
1058                     e.get(0, f)->map_idx[i] = (uint16_t)(data - e.map + 1);
1059                     data += *data + 1;
1060                 }
1061             }
1062         }
1063     }
1064
1065     return data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1066 }
1067
1068 // Populate entry's PairsData records with data from the just memory mapped file.
1069 // Called at first access.
1070 template<typename T>
1071 void set(T& e, uint8_t* data) {
1072
1073     PairsData* d;
1074
1075     enum { Split = 1, HasPawns = 2 };
1076
1077     assert(e.hasPawns        == bool(*data & HasPawns));
1078     assert((e.key != e.key2) == bool(*data & Split));
1079
1080     data++; // First byte stores flags
1081
1082     const int sides = T::Sides == 2 && (e.key != e.key2) ? 2 : 1;
1083     const File maxFile = e.hasPawns ? FILE_D : FILE_A;
1084
1085     bool pp = e.hasPawns && e.pawnCount[1]; // Pawns on both sides
1086
1087     assert(!pp || e.pawnCount[0]);
1088
1089     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f) {
1090
1091         for (int i = 0; i < sides; i++)
1092             *e.get(i, f) = PairsData();
1093
1094         int order[][2] = { { *data & 0xF, pp ? *(data + 1) & 0xF : 0xF },
1095                            { *data >>  4, pp ? *(data + 1) >>  4 : 0xF } };
1096         data += 1 + pp;
1097
1098         for (int k = 0; k < e.pieceCount; ++k, ++data)
1099             for (int i = 0; i < sides; i++)
1100                 e.get(i, f)->pieces[k] = Piece(i ? *data >>  4 : *data & 0xF);
1101
1102         for (int i = 0; i < sides; ++i)
1103             set_groups(e, e.get(i, f), order[i], f);
1104     }
1105
1106     data += (uintptr_t)data & 1; // Word alignment
1107
1108     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1109         for (int i = 0; i < sides; i++)
1110             data = set_sizes(e.get(i, f), data);
1111
1112     data = set_dtz_map(e, data, maxFile);
1113
1114     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1115         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1116             (d = e.get(i, f))->sparseIndex = (SparseEntry*)data;
1117             data += d->sparseIndexSize * sizeof(SparseEntry);
1118         }
1119
1120     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1121         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1122             (d = e.get(i, f))->blockLength = (uint16_t*)data;
1123             data += d->blockLengthSize * sizeof(uint16_t);
1124         }
1125
1126     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1127         for (int i = 0; i < sides; i++) {
1128             data = (uint8_t*)(((uintptr_t)data + 0x3F) & ~0x3F); // 64 byte alignment
1129             (d = e.get(i, f))->data = data;
1130             data += d->blocksNum * d->sizeofBlock;
1131         }
1132 }
1133
1134 // If the TB file corresponding to the given position is already memory mapped
1135 // then return its base address, otherwise try to memory map and init it. Called
1136 // at every probe, memory map and init only at first access. Function is thread
1137 // safe and can be called concurrently.
1138 template<TBType Type>
1139 void* mapped(TBTable<Type>& e, const Position& pos) {
1140
1141     static std::mutex mutex;
1142
1143     // Use 'acquire' to avoid a thread reading 'ready' == true while
1144     // another is still working. (compiler reordering may cause this).
1145     if (e.ready.load(std::memory_order_acquire))
1146         return e.baseAddress; // Could be nullptr if file does not exist
1147
1148     std::scoped_lock<std::mutex> lk(mutex);
1149
1150     if (e.ready.load(std::memory_order_relaxed)) // Recheck under lock
1151         return e.baseAddress;
1152
1153     // Pieces strings in decreasing order for each color, like ("KPP","KR")
1154     std::string fname, w, b;
1155     for (PieceType pt = KING; pt >= PAWN; --pt) {
1156         w += std::string(popcount(pos.pieces(WHITE, pt)), PieceToChar[pt]);
1157         b += std::string(popcount(pos.pieces(BLACK, pt)), PieceToChar[pt]);
1158     }
1159
1160     fname =  (e.key == pos.material_key() ? w + 'v' + b : b + 'v' + w)
1161            + (Type == WDL ? ".rtbw" : ".rtbz");
1162
1163     uint8_t* data = TBFile(fname).map(&e.baseAddress, &e.mapping, Type);
1164
1165     if (data)
1166         set(e, data);
1167
1168     e.ready.store(true, std::memory_order_release);
1169     return e.baseAddress;
1170 }
1171
1172 template<TBType Type, typename Ret = typename TBTable<Type>::Ret>
1173 Ret probe_table(const Position& pos, ProbeState* result, WDLScore wdl = WDLDraw) {
1174
1175     if (pos.count<ALL_PIECES>() == 2) // KvK
1176         return Ret(WDLDraw);
1177
1178     TBTable<Type>* entry = TBTables.get<Type>(pos.material_key());
1179
1180     if (!entry || !mapped(*entry, pos))
1181         return *result = FAIL, Ret();
1182
1183     return do_probe_table(pos, entry, wdl, result);
1184 }
1185
1186 // For a position where the side to move has a winning capture it is not necessary
1187 // to store a winning value so the generator treats such positions as "don't cares"
1188 // and tries to assign to it a value that improves the compression ratio. Similarly,
1189 // if the side to move has a drawing capture, then the position is at least drawn.
1190 // If the position is won, then the TB needs to store a win value. But if the
1191 // position is drawn, the TB may store a loss value if that is better for compression.
1192 // All of this means that during probing, the engine must look at captures and probe
1193 // their results and must probe the position itself. The "best" result of these
1194 // probes is the correct result for the position.
1195 // DTZ tables do not store values when a following move is a zeroing winning move
1196 // (winning capture or winning pawn move). Also DTZ store wrong values for positions
1197 // where the best move is an ep-move (even if losing). So in all these cases set
1198 // the state to ZEROING_BEST_MOVE.
1199 template<bool CheckZeroingMoves>
1200 WDLScore search(Position& pos, ProbeState* result) {
1201
1202     WDLScore value, bestValue = WDLLoss;
1203     StateInfo st;
1204
1205     auto moveList = MoveList<LEGAL>(pos);
1206     size_t totalCount = moveList.size(), moveCount = 0;
1207
1208     for (const Move move : moveList)
1209     {
1210         if (   !pos.capture(move)
1211             && (!CheckZeroingMoves || type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN))
1212             continue;
1213
1214         moveCount++;
1215
1216         pos.do_move(move, st);
1217         value = -search<false>(pos, result);
1218         pos.undo_move(move);
1219
1220         if (*result == FAIL)
1221             return WDLDraw;
1222
1223         if (value > bestValue)
1224         {
1225             bestValue = value;
1226
1227             if (value >= WDLWin)
1228             {
1229                 *result = ZEROING_BEST_MOVE; // Winning DTZ-zeroing move
1230                 return value;
1231             }
1232         }
1233     }
1234
1235     // In case we have already searched all the legal moves we don't have to probe
1236     // the TB because the stored score could be wrong. For instance TB tables
1237     // do not contain information on position with ep rights, so in this case
1238     // the result of probe_wdl_table is wrong. Also in case of only capture
1239     // moves, for instance here 4K3/4q3/6p1/2k5/6p1/8/8/8 w - - 0 7, we have to
1240     // return with ZEROING_BEST_MOVE set.
1241     bool noMoreMoves = (moveCount && moveCount == totalCount);
1242
1243     if (noMoreMoves)
1244         value = bestValue;
1245     else
1246     {
1247         value = probe_table<WDL>(pos, result);
1248
1249         if (*result == FAIL)
1250             return WDLDraw;
1251     }
1252
1253     // DTZ stores a "don't care" value if bestValue is a win
1254     if (bestValue >= value)
1255         return *result = (   bestValue > WDLDraw
1256                           || noMoreMoves ? ZEROING_BEST_MOVE : OK), bestValue;
1257
1258     return *result = OK, value;
1259 }
1260
1261 } // namespace
1262
1263
1264 /// Tablebases::init() is called at startup and after every change to
1265 /// "SyzygyPath" UCI option to (re)create the various tables. It is not thread
1266 /// safe, nor it needs to be.
1267 void Tablebases::init(const std::string& paths) {
1268
1269     TBTables.clear();
1270     MaxCardinality = 0;
1271     TBFile::Paths = paths;
1272
1273     if (paths.empty() || paths == "<empty>")
1274         return;
1275
1276     // MapB1H1H7[] encodes a square below a1-h8 diagonal to 0..27
1277     int code = 0;
1278     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
1279         if (off_A1H8(s) < 0)
1280             MapB1H1H7[s] = code++;
1281
1282     // MapA1D1D4[] encodes a square in the a1-d1-d4 triangle to 0..9
1283     std::vector<Square> diagonal;
1284     code = 0;
1285     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_D4; ++s)
1286         if (off_A1H8(s) < 0 && file_of(s) <= FILE_D)
1287             MapA1D1D4[s] = code++;
1288
1289         else if (!off_A1H8(s) && file_of(s) <= FILE_D)
1290             diagonal.push_back(s);
1291
1292     // Diagonal squares are encoded as last ones
1293     for (auto s : diagonal)
1294         MapA1D1D4[s] = code++;
1295
1296     // MapKK[] encodes all the 461 possible legal positions of two kings where
1297     // the first is in the a1-d1-d4 triangle. If the first king is on the a1-d4
1298     // diagonal, the other one shall not to be above the a1-h8 diagonal.
1299     std::vector<std::pair<int, Square>> bothOnDiagonal;
1300     code = 0;
1301     for (int idx = 0; idx < 10; idx++)
1302         for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_D4; ++s1)
1303             if (MapA1D1D4[s1] == idx && (idx || s1 == SQ_B1)) // SQ_B1 is mapped to 0
1304             {
1305                 for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
1306                     if ((PseudoAttacks[KING][s1] | s1) & s2)
1307                         continue; // Illegal position
1308
1309                     else if (!off_A1H8(s1) && off_A1H8(s2) > 0)
1310                         continue; // First on diagonal, second above
1311
1312                     else if (!off_A1H8(s1) && !off_A1H8(s2))
1313                         bothOnDiagonal.emplace_back(idx, s2);
1314
1315                     else
1316                         MapKK[idx][s2] = code++;
1317             }
1318
1319     // Legal positions with both kings on diagonal are encoded as last ones
1320     for (auto p : bothOnDiagonal)
1321         MapKK[p.first][p.second] = code++;
1322
1323     // Binomial[] stores the Binomial Coefficents using Pascal rule. There
1324     // are Binomial[k][n] ways to choose k elements from a set of n elements.
1325     Binomial[0][0] = 1;
1326
1327     for (int n = 1; n < 64; n++) // Squares
1328         for (int k = 0; k < 6 && k <= n; ++k) // Pieces
1329             Binomial[k][n] =  (k > 0 ? Binomial[k - 1][n - 1] : 0)
1330                             + (k < n ? Binomial[k    ][n - 1] : 0);
1331
1332     // MapPawns[s] encodes squares a2-h7 to 0..47. This is the number of possible
1333     // available squares when the leading one is in 's'. Moreover the pawn with
1334     // highest MapPawns[] is the leading pawn, the one nearest the edge and,
1335     // among pawns with same file, the one with lowest rank.
1336     int availableSquares = 47; // Available squares when lead pawn is in a2
1337
1338     // Init the tables for the encoding of leading pawns group: with 7-men TB we
1339     // can have up to 5 leading pawns (KPPPPPK).
1340     for (int leadPawnsCnt = 1; leadPawnsCnt <= 5; ++leadPawnsCnt)
1341         for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
1342         {
1343             // Restart the index at every file because TB table is splitted
1344             // by file, so we can reuse the same index for different files.
1345             int idx = 0;
1346
1347             // Sum all possible combinations for a given file, starting with
1348             // the leading pawn on rank 2 and increasing the rank.
1349             for (Rank r = RANK_2; r <= RANK_7; ++r)
1350             {
1351                 Square sq = make_square(f, r);
1352
1353                 // Compute MapPawns[] at first pass.
1354                 // If sq is the leading pawn square, any other pawn cannot be
1355                 // below or more toward the edge of sq. There are 47 available
1356                 // squares when sq = a2 and reduced by 2 for any rank increase
1357                 // due to mirroring: sq == a3 -> no a2, h2, so MapPawns[a3] = 45
1358                 if (leadPawnsCnt == 1)
1359                 {
1360                     MapPawns[sq] = availableSquares--;
1361                     MapPawns[flip_file(sq)] = availableSquares--;
1362                 }
1363                 LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][sq] = idx;
1364                 idx += Binomial[leadPawnsCnt - 1][MapPawns[sq]];
1365             }
1366             // After a file is traversed, store the cumulated per-file index
1367             LeadPawnsSize[leadPawnsCnt][f] = idx;
1368         }
1369
1370     // Add entries in TB tables if the corresponding ".rtbw" file exists
1371     for (PieceType p1 = PAWN; p1 < KING; ++p1) {
1372         TBTables.add({KING, p1, KING});
1373
1374         for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= p1; ++p2) {
1375             TBTables.add({KING, p1, p2, KING});
1376             TBTables.add({KING, p1, KING, p2});
1377
1378             for (PieceType p3 = PAWN; p3 < KING; ++p3)
1379                 TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3});
1380
1381             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p2; ++p3) {
1382                 TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING});
1383
1384                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= p3; ++p4) {
1385                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING});
1386
1387                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1388                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, p5, KING});
1389
1390                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 < KING; ++p5)
1391                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING, p5});
1392                 }
1393
1394                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 < KING; ++p4) {
1395                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4});
1396
1397                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1398                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4, p5});
1399                 }
1400             }
1401
1402             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p1; ++p3)
1403                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= (p1 == p3 ? p2 : p3); ++p4)
1404                     TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3, p4});
1405         }
1406     }
1407
1408     sync_cout << "info string Found " << TBTables.size() << " tablebases" << sync_endl;
1409 }
1410
1411 // Probe the WDL table for a particular position.
1412 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1413 // The return value is from the point of view of the side to move:
1414 // -2 : loss
1415 // -1 : loss, but draw under 50-move rule
1416 //  0 : draw
1417 //  1 : win, but draw under 50-move rule
1418 //  2 : win
1419 WDLScore Tablebases::probe_wdl(Position& pos, ProbeState* result) {
1420
1421     *result = OK;
1422     return search<false>(pos, result);
1423 }
1424
1425 // Probe the DTZ table for a particular position.
1426 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1427 // The return value is from the point of view of the side to move:
1428 //         n < -100 : loss, but draw under 50-move rule
1429 // -100 <= n < -1   : loss in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1430 //        -1        : loss, the side to move is mated
1431 //         0        : draw
1432 //     1 < n <= 100 : win in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1433 //   100 < n        : win, but draw under 50-move rule
1434 //
1435 // The return value n can be off by 1: a return value -n can mean a loss
1436 // in n+1 ply and a return value +n can mean a win in n+1 ply. This
1437 // cannot happen for tables with positions exactly on the "edge" of
1438 // the 50-move rule.
1439 //
1440 // This implies that if dtz > 0 is returned, the position is certainly
1441 // a win if dtz + 50-move-counter <= 99. Care must be taken that the engine
1442 // picks moves that preserve dtz + 50-move-counter <= 99.
1443 //
1444 // If n = 100 immediately after a capture or pawn move, then the position
1445 // is also certainly a win, and during the whole phase until the next
1446 // capture or pawn move, the inequality to be preserved is
1447 // dtz + 50-move-counter <= 100.
1448 //
1449 // In short, if a move is available resulting in dtz + 50-move-counter <= 99,
1450 // then do not accept moves leading to dtz + 50-move-counter == 100.
1451 int Tablebases::probe_dtz(Position& pos, ProbeState* result) {
1452
1453     *result = OK;
1454     WDLScore wdl = search<true>(pos, result);
1455
1456     if (*result == FAIL || wdl == WDLDraw) // DTZ tables don't store draws
1457         return 0;
1458
1459     // DTZ stores a 'don't care' value in this case, or even a plain wrong
1460     // one as in case the best move is a losing ep, so it cannot be probed.
1461     if (*result == ZEROING_BEST_MOVE)
1462         return dtz_before_zeroing(wdl);
1463
1464     int dtz = probe_table<DTZ>(pos, result, wdl);
1465
1466     if (*result == FAIL)
1467         return 0;
1468
1469     if (*result != CHANGE_STM)
1470         return (dtz + 100 * (wdl == WDLBlessedLoss || wdl == WDLCursedWin)) * sign_of(wdl);
1471
1472     // DTZ stores results for the other side, so we need to do a 1-ply search and
1473     // find the winning move that minimizes DTZ.
1474     StateInfo st;
1475     int minDTZ = 0xFFFF;
1476
1477     for (const Move move : MoveList<LEGAL>(pos))
1478     {
1479         bool zeroing = pos.capture(move) || type_of(pos.moved_piece(move)) == PAWN;
1480
1481         pos.do_move(move, st);
1482
1483         // For zeroing moves we want the dtz of the move _before_ doing it,
1484         // otherwise we will get the dtz of the next move sequence. Search the
1485         // position after the move to get the score sign (because even in a
1486         // winning position we could make a losing capture or going for a draw).
1487         dtz = zeroing ? -dtz_before_zeroing(search<false>(pos, result))
1488                       : -probe_dtz(pos, result);
1489
1490         // If the move mates, force minDTZ to 1
1491         if (dtz == 1 && pos.checkers() && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1492             minDTZ = 1;
1493
1494         // Convert result from 1-ply search. Zeroing moves are already accounted
1495         // by dtz_before_zeroing() that returns the DTZ of the previous move.
1496         if (!zeroing)
1497             dtz += sign_of(dtz);
1498
1499         // Skip the draws and if we are winning only pick positive dtz
1500         if (dtz < minDTZ && sign_of(dtz) == sign_of(wdl))
1501             minDTZ = dtz;
1502
1503         pos.undo_move(move);
1504
1505         if (*result == FAIL)
1506             return 0;
1507     }
1508
1509     // When there are no legal moves, the position is mate: we return -1
1510     return minDTZ == 0xFFFF ? -1 : minDTZ;
1511 }
1512
1513
1514 // Use the DTZ tables to rank root moves.
1515 //
1516 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1517 bool Tablebases::root_probe(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1518
1519     ProbeState result;
1520     StateInfo st;
1521
1522     // Obtain 50-move counter for the root position
1523     int cnt50 = pos.rule50_count();
1524
1525     // Check whether a position was repeated since the last zeroing move.
1526     bool rep = pos.has_repeated();
1527
1528     int dtz, bound = Options["Syzygy50MoveRule"] ? 900 : 1;
1529
1530     // Probe and rank each move
1531     for (auto& m : rootMoves)
1532     {
1533         pos.do_move(m.pv[0], st);
1534
1535         // Calculate dtz for the current move counting from the root position
1536         if (pos.rule50_count() == 0)
1537         {
1538             // In case of a zeroing move, dtz is one of -101/-1/0/1/101
1539             WDLScore wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1540             dtz = dtz_before_zeroing(wdl);
1541         }
1542         else
1543         {
1544             // Otherwise, take dtz for the new position and correct by 1 ply
1545             dtz = -probe_dtz(pos, &result);
1546             dtz =  dtz > 0 ? dtz + 1
1547                  : dtz < 0 ? dtz - 1 : dtz;
1548         }
1549
1550         // Make sure that a mating move is assigned a dtz value of 1
1551         if (   pos.checkers()
1552             && dtz == 2
1553             && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1554             dtz = 1;
1555
1556         pos.undo_move(m.pv[0]);
1557
1558         if (result == FAIL)
1559             return false;
1560
1561         // Better moves are ranked higher. Certain wins are ranked equally.
1562         // Losing moves are ranked equally unless a 50-move draw is in sight.
1563         int r =  dtz > 0 ? (dtz + cnt50 <= 99 && !rep ? 1000 : 1000 - (dtz + cnt50))
1564                : dtz < 0 ? (-dtz * 2 + cnt50 < 100 ? -1000 : -1000 + (-dtz + cnt50))
1565                : 0;
1566         m.tbRank = r;
1567
1568         // Determine the score to be displayed for this move. Assign at least
1569         // 1 cp to cursed wins and let it grow to 49 cp as the positions gets
1570         // closer to a real win.
1571         m.tbScore =  r >= bound ? VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1572                    : r >  0     ? Value((std::max( 3, r - 800) * int(PawnValueEg)) / 200)
1573                    : r == 0     ? VALUE_DRAW
1574                    : r > -bound ? Value((std::min(-3, r + 800) * int(PawnValueEg)) / 200)
1575                    :             -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1;
1576     }
1577
1578     return true;
1579 }
1580
1581
1582 // Use the WDL tables to rank root moves.
1583 // This is a fallback for the case that some or all DTZ tables are missing.
1584 //
1585 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1586 bool Tablebases::root_probe_wdl(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1587
1588     static const int WDL_to_rank[] = { -1000, -899, 0, 899, 1000 };
1589
1590     ProbeState result;
1591     StateInfo st;
1592
1593     bool rule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1594
1595     // Probe and rank each move
1596     for (auto& m : rootMoves)
1597     {
1598         pos.do_move(m.pv[0], st);
1599
1600         WDLScore wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1601
1602         pos.undo_move(m.pv[0]);
1603
1604         if (result == FAIL)
1605             return false;
1606
1607         m.tbRank = WDL_to_rank[wdl + 2];
1608
1609         if (!rule50)
1610             wdl =  wdl > WDLDraw ? WDLWin
1611                  : wdl < WDLDraw ? WDLLoss : WDLDraw;
1612         m.tbScore = WDL_to_value[wdl + 2];
1613     }
1614
1615     return true;
1616 }
1617
1618 } // namespace Stockfish