]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/syzygy/tbprobe.cpp
Fix compilation after recent merge.
[stockfish] / src / syzygy / tbprobe.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2023 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 "tbprobe.h"
20
21 #include <sys/stat.h>
22 #include <algorithm>
23 #include <atomic>
24 #include <cassert>
25 #include <cstdint>
26 #include <cstdlib>
27 #include <cstring>
28 #include <deque>
29 #include <fstream>
30 #include <initializer_list>
31 #include <iostream>
32 #include <mutex>
33 #include <sstream>
34 #include <string_view>
35 #include <type_traits>
36 #include <utility>
37 #include <vector>
38
39 #include "../bitboard.h"
40 #include "../misc.h"
41 #include "../movegen.h"
42 #include "../position.h"
43 #include "../search.h"
44 #include "../types.h"
45 #include "../uci.h"
46
47 #ifndef _WIN32
48     #include <fcntl.h>
49     #include <sys/mman.h>
50     #include <unistd.h>
51 #else
52     #define WIN32_LEAN_AND_MEAN
53     #ifndef NOMINMAX
54         #define NOMINMAX  // Disable macros min() and max()
55     #endif
56     #include <windows.h>
57 #endif
58
59 using namespace Stockfish::Tablebases;
60
61 int Stockfish::Tablebases::MaxCardinality;
62
63 namespace Stockfish {
64
65 namespace {
66
67 constexpr int TBPIECES = 7;  // Max number of supported pieces
68 constexpr int MAX_DTZ =
69   1 << 18;  // Max DTZ supported, large enough to deal with the syzygy TB limit.
70
71 enum {
72     BigEndian,
73     LittleEndian
74 };
75 enum TBType {
76     WDL,
77     DTZ
78 };  // Used as template parameter
79
80 // Each table has a set of flags: all of them refer to DTZ tables, the last one to WDL tables
81 enum TBFlag {
82     STM         = 1,
83     Mapped      = 2,
84     WinPlies    = 4,
85     LossPlies   = 8,
86     Wide        = 16,
87     SingleValue = 128
88 };
89
90 inline WDLScore operator-(WDLScore d) { return WDLScore(-int(d)); }
91 inline Square   operator^(Square s, int i) { return Square(int(s) ^ i); }
92
93 constexpr std::string_view PieceToChar = " PNBRQK  pnbrqk";
94
95 int MapPawns[SQUARE_NB];
96 int MapB1H1H7[SQUARE_NB];
97 int MapA1D1D4[SQUARE_NB];
98 int MapKK[10][SQUARE_NB];  // [MapA1D1D4][SQUARE_NB]
99
100 int Binomial[6][SQUARE_NB];     // [k][n] k elements from a set of n elements
101 int LeadPawnIdx[6][SQUARE_NB];  // [leadPawnsCnt][SQUARE_NB]
102 int LeadPawnsSize[6][4];        // [leadPawnsCnt][FILE_A..FILE_D]
103
104 // Comparison function to sort leading pawns in ascending MapPawns[] order
105 bool pawns_comp(Square i, Square j) { return MapPawns[i] < MapPawns[j]; }
106 int  off_A1H8(Square sq) { return int(rank_of(sq)) - file_of(sq); }
107
108 constexpr Value WDL_to_value[] = {-VALUE_MATE + MAX_PLY + 1, VALUE_DRAW - 2, VALUE_DRAW,
109                                   VALUE_DRAW + 2, VALUE_MATE - MAX_PLY - 1};
110
111 template<typename T, int Half = sizeof(T) / 2, int End = sizeof(T) - 1>
112 inline void swap_endian(T& x) {
113     static_assert(std::is_unsigned_v<T>, "Argument of swap_endian not unsigned");
114
115     uint8_t tmp, *c = (uint8_t*) &x;
116     for (int i = 0; i < Half; ++i)
117         tmp = c[i], c[i] = c[End - i], c[End - i] = tmp;
118 }
119 template<>
120 inline void swap_endian<uint8_t>(uint8_t&) {}
121
122 template<typename T, int LE>
123 T number(void* addr) {
124     T v;
125
126     if (uintptr_t(addr) & (alignof(T) - 1))  // Unaligned pointer (very rare)
127         std::memcpy(&v, addr, sizeof(T));
128     else
129         v = *((T*) addr);
130
131     if (LE != IsLittleEndian)
132         swap_endian(v);
133     return v;
134 }
135
136 // DTZ tables don't store valid scores for moves that reset the rule50 counter
137 // like captures and pawn moves but we can easily recover the correct dtz of the
138 // previous move if we know the position's WDL score.
139 int dtz_before_zeroing(WDLScore wdl) {
140     return wdl == WDLWin         ? 1
141          : wdl == WDLCursedWin   ? 101
142          : wdl == WDLBlessedLoss ? -101
143          : wdl == WDLLoss        ? -1
144                                  : 0;
145 }
146
147 // Return the sign of a number (-1, 0, 1)
148 template<typename T>
149 int sign_of(T val) {
150     return (T(0) < val) - (val < T(0));
151 }
152
153 // Numbers in little-endian used by sparseIndex[] to point into blockLength[]
154 struct SparseEntry {
155     char block[4];   // Number of block
156     char offset[2];  // Offset within the block
157 };
158
159 static_assert(sizeof(SparseEntry) == 6, "SparseEntry must be 6 bytes");
160
161 using Sym = uint16_t;  // Huffman symbol
162
163 struct LR {
164     enum Side {
165         Left,
166         Right
167     };
168
169     uint8_t lr[3];  // The first 12 bits is the left-hand symbol, the second 12
170                     // bits is the right-hand symbol. If the symbol has length 1,
171                     // then the left-hand symbol is the stored value.
172     template<Side S>
173     Sym get() {
174         return S == Left  ? ((lr[1] & 0xF) << 8) | lr[0]
175              : S == Right ? (lr[2] << 4) | (lr[1] >> 4)
176                           : (assert(false), Sym(-1));
177     }
178 };
179
180 static_assert(sizeof(LR) == 3, "LR tree entry must be 3 bytes");
181
182 // Tablebases data layout is structured as following:
183 //
184 //  TBFile:   memory maps/unmaps the physical .rtbw and .rtbz files
185 //  TBTable:  one object for each file with corresponding indexing information
186 //  TBTables: has ownership of TBTable objects, keeping a list and a hash
187
188 // class TBFile memory maps/unmaps the single .rtbw and .rtbz files. Files are
189 // memory mapped for best performance. Files are mapped at first access: at init
190 // time only existence of the file is checked.
191 class TBFile: public std::ifstream {
192
193     std::string fname;
194
195    public:
196     // Look for and open the file among the Paths directories where the .rtbw
197     // and .rtbz files can be found. Multiple directories are separated by ";"
198     // on Windows and by ":" on Unix-based operating systems.
199     //
200     // Example:
201     // C:\tb\wdl345;C:\tb\wdl6;D:\tb\dtz345;D:\tb\dtz6
202     static std::string Paths;
203
204     TBFile(const std::string& f) {
205
206 #ifndef _WIN32
207         constexpr char SepChar = ':';
208 #else
209         constexpr char SepChar = ';';
210 #endif
211         std::stringstream ss(Paths);
212         std::string       path;
213
214         while (std::getline(ss, path, SepChar))
215         {
216             fname = path + "/" + f;
217             std::ifstream::open(fname);
218             if (is_open())
219                 return;
220         }
221     }
222
223     // Memory map the file and check it.
224     uint8_t* map(void** baseAddress, uint64_t* mapping, TBType type) {
225         if (is_open())
226             close();  // Need to re-open to get native file descriptor
227
228 #ifndef _WIN32
229         struct stat statbuf;
230         int         fd = ::open(fname.c_str(), O_RDONLY);
231
232         if (fd == -1)
233             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
234
235         fstat(fd, &statbuf);
236
237         if (statbuf.st_size % 64 != 16)
238         {
239             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
240             exit(EXIT_FAILURE);
241         }
242
243         *mapping     = statbuf.st_size;
244         *baseAddress = mmap(nullptr, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
245     #if defined(MADV_RANDOM)
246         madvise(*baseAddress, statbuf.st_size, MADV_RANDOM);
247     #endif
248         ::close(fd);
249
250         if (*baseAddress == MAP_FAILED)
251         {
252             std::cerr << "Could not mmap() " << fname << std::endl;
253             exit(EXIT_FAILURE);
254         }
255 #else
256         // Note FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS is only a hint to Windows and as such may get ignored.
257         HANDLE fd = CreateFileA(fname.c_str(), GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, nullptr,
258                                 OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, nullptr);
259
260         if (fd == INVALID_HANDLE_VALUE)
261             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
262
263         DWORD size_high;
264         DWORD size_low = GetFileSize(fd, &size_high);
265
266         if (size_low % 64 != 16)
267         {
268             std::cerr << "Corrupt tablebase file " << fname << std::endl;
269             exit(EXIT_FAILURE);
270         }
271
272         HANDLE mmap = CreateFileMapping(fd, nullptr, PAGE_READONLY, size_high, size_low, nullptr);
273         CloseHandle(fd);
274
275         if (!mmap)
276         {
277             std::cerr << "CreateFileMapping() failed" << std::endl;
278             exit(EXIT_FAILURE);
279         }
280
281         *mapping     = uint64_t(mmap);
282         *baseAddress = MapViewOfFile(mmap, FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);
283
284         if (!*baseAddress)
285         {
286             std::cerr << "MapViewOfFile() failed, name = " << fname
287                       << ", error = " << GetLastError() << std::endl;
288             exit(EXIT_FAILURE);
289         }
290 #endif
291         uint8_t* data = (uint8_t*) *baseAddress;
292
293         constexpr uint8_t Magics[][4] = {{0xD7, 0x66, 0x0C, 0xA5}, {0x71, 0xE8, 0x23, 0x5D}};
294
295         if (memcmp(data, Magics[type == WDL], 4))
296         {
297             std::cerr << "Corrupted table in file " << fname << std::endl;
298             unmap(*baseAddress, *mapping);
299             return *baseAddress = nullptr, nullptr;
300         }
301
302         return data + 4;  // Skip Magics's header
303     }
304
305     static void unmap(void* baseAddress, uint64_t mapping) {
306
307 #ifndef _WIN32
308         munmap(baseAddress, mapping);
309 #else
310         UnmapViewOfFile(baseAddress);
311         CloseHandle((HANDLE) mapping);
312 #endif
313     }
314 };
315
316 std::string TBFile::Paths;
317
318 // struct PairsData contains low-level indexing information to access TB data.
319 // There are 8, 4, or 2 PairsData records for each TBTable, according to the type
320 // of table and if positions have pawns or not. It is populated at first access.
321 struct PairsData {
322     uint8_t   flags;            // Table flags, see enum TBFlag
323     uint8_t   maxSymLen;        // Maximum length in bits of the Huffman symbols
324     uint8_t   minSymLen;        // Minimum length in bits of the Huffman symbols
325     uint32_t  blocksNum;        // Number of blocks in the TB file
326     size_t    sizeofBlock;      // Block size in bytes
327     size_t    span;             // About every span values there is a SparseIndex[] entry
328     Sym*      lowestSym;        // lowestSym[l] is the symbol of length l with the lowest value
329     LR*       btree;            // btree[sym] stores the left and right symbols that expand sym
330     uint16_t* blockLength;      // Number of stored positions (minus one) for each block: 1..65536
331     uint32_t  blockLengthSize;  // Size of blockLength[] table: padded so it's bigger than blocksNum
332     SparseEntry* sparseIndex;   // Partial indices into blockLength[]
333     size_t       sparseIndexSize;  // Size of SparseIndex[] table
334     uint8_t*     data;             // Start of Huffman compressed data
335     std::vector<uint64_t>
336       base64;  // base64[l - min_sym_len] is the 64bit-padded lowest symbol of length l
337     std::vector<uint8_t>
338              symlen;  // Number of values (-1) represented by a given Huffman symbol: 1..256
339     Piece    pieces[TBPIECES];        // Position pieces: the order of pieces defines the groups
340     uint64_t groupIdx[TBPIECES + 1];  // Start index used for the encoding of the group's pieces
341     int      groupLen[TBPIECES + 1];  // Number of pieces in a given group: KRKN -> (3, 1)
342     uint16_t map_idx[4];              // WDLWin, WDLLoss, WDLCursedWin, WDLBlessedLoss (used in DTZ)
343 };
344
345 // struct TBTable contains indexing information to access the corresponding TBFile.
346 // There are 2 types of TBTable, corresponding to a WDL or a DTZ file. TBTable
347 // is populated at init time but the nested PairsData records are populated at
348 // first access, when the corresponding file is memory mapped.
349 template<TBType Type>
350 struct TBTable {
351     using Ret = std::conditional_t<Type == WDL, WDLScore, int>;
352
353     static constexpr int Sides = Type == WDL ? 2 : 1;
354
355     std::atomic_bool ready;
356     void*            baseAddress;
357     uint8_t*         map;
358     uint64_t         mapping;
359     Key              key;
360     Key              key2;
361     int              pieceCount;
362     bool             hasPawns;
363     bool             hasUniquePieces;
364     uint8_t          pawnCount[2];     // [Lead color / other color]
365     PairsData        items[Sides][4];  // [wtm / btm][FILE_A..FILE_D or 0]
366
367     PairsData* get(int stm, int f) { return &items[stm % Sides][hasPawns ? f : 0]; }
368
369     TBTable() :
370         ready(false),
371         baseAddress(nullptr) {}
372     explicit TBTable(const std::string& code);
373     explicit TBTable(const TBTable<WDL>& wdl);
374
375     ~TBTable() {
376         if (baseAddress)
377             TBFile::unmap(baseAddress, mapping);
378     }
379 };
380
381 template<>
382 TBTable<WDL>::TBTable(const std::string& code) :
383     TBTable() {
384
385     StateInfo st;
386     Position  pos;
387
388     key        = pos.set(code, WHITE, &st).material_key();
389     pieceCount = pos.count<ALL_PIECES>();
390     hasPawns   = pos.pieces(PAWN);
391
392     hasUniquePieces = false;
393     for (Color c : {WHITE, BLACK})
394         for (PieceType pt = PAWN; pt < KING; ++pt)
395             if (popcount(pos.pieces(c, pt)) == 1)
396                 hasUniquePieces = true;
397
398     // Set the leading color. In case both sides have pawns the leading color
399     // is the side with fewer pawns because this leads to better compression.
400     bool c = !pos.count<PAWN>(BLACK)
401           || (pos.count<PAWN>(WHITE) && pos.count<PAWN>(BLACK) >= pos.count<PAWN>(WHITE));
402
403     pawnCount[0] = pos.count<PAWN>(c ? WHITE : BLACK);
404     pawnCount[1] = pos.count<PAWN>(c ? BLACK : WHITE);
405
406     key2 = pos.set(code, BLACK, &st).material_key();
407 }
408
409 template<>
410 TBTable<DTZ>::TBTable(const TBTable<WDL>& wdl) :
411     TBTable() {
412
413     // Use the corresponding WDL table to avoid recalculating all from scratch
414     key             = wdl.key;
415     key2            = wdl.key2;
416     pieceCount      = wdl.pieceCount;
417     hasPawns        = wdl.hasPawns;
418     hasUniquePieces = wdl.hasUniquePieces;
419     pawnCount[0]    = wdl.pawnCount[0];
420     pawnCount[1]    = wdl.pawnCount[1];
421 }
422
423 // class TBTables creates and keeps ownership of the TBTable objects, one for
424 // each TB file found. It supports a fast, hash-based, table lookup. Populated
425 // at init time, accessed at probe time.
426 class TBTables {
427
428     struct Entry {
429         Key           key;
430         TBTable<WDL>* wdl;
431         TBTable<DTZ>* dtz;
432
433         template<TBType Type>
434         TBTable<Type>* get() const {
435             return (TBTable<Type>*) (Type == WDL ? (void*) wdl : (void*) dtz);
436         }
437     };
438
439     static constexpr int Size     = 1 << 12;  // 4K table, indexed by key's 12 lsb
440     static constexpr int Overflow = 1;  // Number of elements allowed to map to the last bucket
441
442     Entry hashTable[Size + Overflow];
443
444     std::deque<TBTable<WDL>> wdlTable;
445     std::deque<TBTable<DTZ>> dtzTable;
446
447     void insert(Key key, TBTable<WDL>* wdl, TBTable<DTZ>* dtz) {
448         uint32_t homeBucket = uint32_t(key) & (Size - 1);
449         Entry    entry{key, wdl, dtz};
450
451         // Ensure last element is empty to avoid overflow when looking up
452         for (uint32_t bucket = homeBucket; bucket < Size + Overflow - 1; ++bucket)
453         {
454             Key otherKey = hashTable[bucket].key;
455             if (otherKey == key || !hashTable[bucket].get<WDL>())
456             {
457                 hashTable[bucket] = entry;
458                 return;
459             }
460
461             // Robin Hood hashing: If we've probed for longer than this element,
462             // insert here and search for a new spot for the other element instead.
463             uint32_t otherHomeBucket = uint32_t(otherKey) & (Size - 1);
464             if (otherHomeBucket > homeBucket)
465             {
466                 std::swap(entry, hashTable[bucket]);
467                 key        = otherKey;
468                 homeBucket = otherHomeBucket;
469             }
470         }
471         std::cerr << "TB hash table size too low!" << std::endl;
472         exit(EXIT_FAILURE);
473     }
474
475    public:
476     template<TBType Type>
477     TBTable<Type>* get(Key key) {
478         for (const Entry* entry = &hashTable[uint32_t(key) & (Size - 1)];; ++entry)
479         {
480             if (entry->key == key || !entry->get<Type>())
481                 return entry->get<Type>();
482         }
483     }
484
485     void clear() {
486         memset(hashTable, 0, sizeof(hashTable));
487         wdlTable.clear();
488         dtzTable.clear();
489     }
490     size_t size() const { return wdlTable.size(); }
491     void   add(const std::vector<PieceType>& pieces);
492 };
493
494 TBTables TBTables;
495
496 // If the corresponding file exists two new objects TBTable<WDL> and TBTable<DTZ>
497 // are created and added to the lists and hash table. Called at init time.
498 void TBTables::add(const std::vector<PieceType>& pieces) {
499
500     std::string code;
501
502     for (PieceType pt : pieces)
503         code += PieceToChar[pt];
504
505     TBFile file(code.insert(code.find('K', 1), "v") + ".rtbw");  // KRK -> KRvK
506
507     if (!file.is_open())  // Only WDL file is checked
508         return;
509
510     file.close();
511
512     MaxCardinality = std::max(int(pieces.size()), MaxCardinality);
513
514     wdlTable.emplace_back(code);
515     dtzTable.emplace_back(wdlTable.back());
516
517     // Insert into the hash keys for both colors: KRvK with KR white and black
518     insert(wdlTable.back().key, &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
519     insert(wdlTable.back().key2, &wdlTable.back(), &dtzTable.back());
520 }
521
522 // TB tables are compressed with canonical Huffman code. The compressed data is divided into
523 // blocks of size d->sizeofBlock, and each block stores a variable number of symbols.
524 // Each symbol represents either a WDL or a (remapped) DTZ value, or a pair of other symbols
525 // (recursively). If you keep expanding the symbols in a block, you end up with up to 65536
526 // WDL or DTZ values. Each symbol represents up to 256 values and will correspond after
527 // Huffman coding to at least 1 bit. So a block of 32 bytes corresponds to at most
528 // 32 x 8 x 256 = 65536 values. This maximum is only reached for tables that consist mostly
529 // of draws or mostly of wins, but such tables are actually quite common. In principle, the
530 // blocks in WDL tables are 64 bytes long (and will be aligned on cache lines). But for
531 // mostly-draw or mostly-win tables this can leave many 64-byte blocks only half-filled, so
532 // in such cases blocks are 32 bytes long. The blocks of DTZ tables are up to 1024 bytes long.
533 // The generator picks the size that leads to the smallest table. The "book" of symbols and
534 // Huffman codes are the same for all blocks in the table. A non-symmetric pawnless TB file
535 // will have one table for wtm and one for btm, a TB file with pawns will have tables per
536 // file a,b,c,d also, in this case, one set for wtm and one for btm.
537 int decompress_pairs(PairsData* d, uint64_t idx) {
538
539     // Special case where all table positions store the same value
540     if (d->flags & TBFlag::SingleValue)
541         return d->minSymLen;
542
543     // First we need to locate the right block that stores the value at index "idx".
544     // Because each block n stores blockLength[n] + 1 values, the index i of the block
545     // that contains the value at position idx is:
546     //
547     //                    for (i = -1, sum = 0; sum <= idx; i++)
548     //                        sum += blockLength[i + 1] + 1;
549     //
550     // This can be slow, so we use SparseIndex[] populated with a set of SparseEntry that
551     // point to known indices into blockLength[]. Namely SparseIndex[k] is a SparseEntry
552     // that stores the blockLength[] index and the offset within that block of the value
553     // with index I(k), where:
554     //
555     //       I(k) = k * d->span + d->span / 2      (1)
556
557     // First step is to get the 'k' of the I(k) nearest to our idx, using definition (1)
558     uint32_t k = uint32_t(idx / d->span);
559
560     // Then we read the corresponding SparseIndex[] entry
561     uint32_t block  = number<uint32_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].block);
562     int      offset = number<uint16_t, LittleEndian>(&d->sparseIndex[k].offset);
563
564     // Now compute the difference idx - I(k). From the definition of k, we know that
565     //
566     //       idx = k * d->span + idx % d->span    (2)
567     //
568     // So from (1) and (2) we can compute idx - I(K):
569     int diff = idx % d->span - d->span / 2;
570
571     // Sum the above to offset to find the offset corresponding to our idx
572     offset += diff;
573
574     // Move to the previous/next block, until we reach the correct block that contains idx,
575     // that is when 0 <= offset <= d->blockLength[block]
576     while (offset < 0)
577         offset += d->blockLength[--block] + 1;
578
579     while (offset > d->blockLength[block])
580         offset -= d->blockLength[block++] + 1;
581
582     // Finally, we find the start address of our block of canonical Huffman symbols
583     uint32_t* ptr = (uint32_t*) (d->data + (uint64_t(block) * d->sizeofBlock));
584
585     // Read the first 64 bits in our block, this is a (truncated) sequence of
586     // unknown number of symbols of unknown length but we know the first one
587     // is at the beginning of this 64-bit sequence.
588     uint64_t buf64 = number<uint64_t, BigEndian>(ptr);
589     ptr += 2;
590     int buf64Size = 64;
591     Sym sym;
592
593     while (true)
594     {
595         int len = 0;  // This is the symbol length - d->min_sym_len
596
597         // Now get the symbol length. For any symbol s64 of length l right-padded
598         // to 64 bits we know that d->base64[l-1] >= s64 >= d->base64[l] so we
599         // can find the symbol length iterating through base64[].
600         while (buf64 < d->base64[len])
601             ++len;
602
603         // All the symbols of a given length are consecutive integers (numerical
604         // sequence property), so we can compute the offset of our symbol of
605         // length len, stored at the beginning of buf64.
606         sym = Sym((buf64 - d->base64[len]) >> (64 - len - d->minSymLen));
607
608         // Now add the value of the lowest symbol of length len to get our symbol
609         sym += number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[len]);
610
611         // If our offset is within the number of values represented by symbol sym,
612         // we are done.
613         if (offset < d->symlen[sym] + 1)
614             break;
615
616         // ...otherwise update the offset and continue to iterate
617         offset -= d->symlen[sym] + 1;
618         len += d->minSymLen;  // Get the real length
619         buf64 <<= len;        // Consume the just processed symbol
620         buf64Size -= len;
621
622         if (buf64Size <= 32)
623         {  // Refill the buffer
624             buf64Size += 32;
625             buf64 |= uint64_t(number<uint32_t, BigEndian>(ptr++)) << (64 - buf64Size);
626         }
627     }
628
629     // Now we have our symbol that expands into d->symlen[sym] + 1 symbols.
630     // We binary-search for our value recursively expanding into the left and
631     // right child symbols until we reach a leaf node where symlen[sym] + 1 == 1
632     // that will store the value we need.
633     while (d->symlen[sym])
634     {
635         Sym left = d->btree[sym].get<LR::Left>();
636
637         // If a symbol contains 36 sub-symbols (d->symlen[sym] + 1 = 36) and
638         // expands in a pair (d->symlen[left] = 23, d->symlen[right] = 11), then
639         // we know that, for instance, the tenth value (offset = 10) will be on
640         // the left side because in Recursive Pairing child symbols are adjacent.
641         if (offset < d->symlen[left] + 1)
642             sym = left;
643         else
644         {
645             offset -= d->symlen[left] + 1;
646             sym = d->btree[sym].get<LR::Right>();
647         }
648     }
649
650     return d->btree[sym].get<LR::Left>();
651 }
652
653 bool check_dtz_stm(TBTable<WDL>*, int, File) { return true; }
654
655 bool check_dtz_stm(TBTable<DTZ>* entry, int stm, File f) {
656
657     auto flags = entry->get(stm, f)->flags;
658     return (flags & TBFlag::STM) == stm || ((entry->key == entry->key2) && !entry->hasPawns);
659 }
660
661 // DTZ scores are sorted by frequency of occurrence and then assigned the
662 // values 0, 1, 2, ... in order of decreasing frequency. This is done for each
663 // of the four WDLScore values. The mapping information necessary to reconstruct
664 // the original values are stored in the TB file and read during map[] init.
665 WDLScore map_score(TBTable<WDL>*, File, int value, WDLScore) { return WDLScore(value - 2); }
666
667 int map_score(TBTable<DTZ>* entry, File f, int value, WDLScore wdl) {
668
669     constexpr int WDLMap[] = {1, 3, 0, 2, 0};
670
671     auto flags = entry->get(0, f)->flags;
672
673     uint8_t*  map = entry->map;
674     uint16_t* idx = entry->get(0, f)->map_idx;
675     if (flags & TBFlag::Mapped)
676     {
677         if (flags & TBFlag::Wide)
678             value = ((uint16_t*) map)[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
679         else
680             value = map[idx[WDLMap[wdl + 2]] + value];
681     }
682
683     // DTZ tables store distance to zero in number of moves or plies. We
684     // want to return plies, so we have to convert to plies when needed.
685     if ((wdl == WDLWin && !(flags & TBFlag::WinPlies))
686         || (wdl == WDLLoss && !(flags & TBFlag::LossPlies)) || wdl == WDLCursedWin
687         || wdl == WDLBlessedLoss)
688         value *= 2;
689
690     return value + 1;
691 }
692
693 // A temporary fix for the compiler bug with AVX-512. (#4450)
694 #ifdef USE_AVX512
695     #if defined(__clang__) && defined(__clang_major__) && __clang_major__ >= 15
696         #define CLANG_AVX512_BUG_FIX __attribute__((optnone))
697     #endif
698 #endif
699
700 #ifndef CLANG_AVX512_BUG_FIX
701     #define CLANG_AVX512_BUG_FIX
702 #endif
703
704 // Compute a unique index out of a position and use it to probe the TB file. To
705 // encode k pieces of the same type and color, first sort the pieces by square in
706 // ascending order s1 <= s2 <= ... <= sk then compute the unique index as:
707 //
708 //      idx = Binomial[1][s1] + Binomial[2][s2] + ... + Binomial[k][sk]
709 //
710 template<typename T, typename Ret = typename T::Ret>
711 CLANG_AVX512_BUG_FIX Ret
712 do_probe_table(const Position& pos, T* entry, WDLScore wdl, ProbeState* result) {
713
714     Square     squares[TBPIECES];
715     Piece      pieces[TBPIECES];
716     uint64_t   idx;
717     int        next = 0, size = 0, leadPawnsCnt = 0;
718     PairsData* d;
719     Bitboard   b, leadPawns = 0;
720     File       tbFile = FILE_A;
721
722     // A given TB entry like KRK has associated two material keys: KRvk and Kvkr.
723     // If both sides have the same pieces keys are equal. In this case TB tables
724     // only stores the 'white to move' case, so if the position to lookup has black
725     // to move, we need to switch the color and flip the squares before to lookup.
726     bool symmetricBlackToMove = (entry->key == entry->key2 && pos.side_to_move());
727
728     // TB files are calculated for white as the stronger side. For instance, we
729     // have KRvK, not KvKR. A position where the stronger side is white will have
730     // its material key == entry->key, otherwise we have to switch the color and
731     // flip the squares before to lookup.
732     bool blackStronger = (pos.material_key() != entry->key);
733
734     int flipColor   = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 8;
735     int flipSquares = (symmetricBlackToMove || blackStronger) * 56;
736     int stm         = (symmetricBlackToMove || blackStronger) ^ pos.side_to_move();
737
738     // For pawns, TB files store 4 separate tables according if leading pawn is on
739     // file a, b, c or d after reordering. The leading pawn is the one with maximum
740     // MapPawns[] value, that is the one most toward the edges and with lowest rank.
741     if (entry->hasPawns)
742     {
743
744         // In all the 4 tables, pawns are at the beginning of the piece sequence and
745         // their color is the reference one. So we just pick the first one.
746         Piece pc = Piece(entry->get(0, 0)->pieces[0] ^ flipColor);
747
748         assert(type_of(pc) == PAWN);
749
750         leadPawns = b = pos.pieces(color_of(pc), PAWN);
751         do
752             squares[size++] = pop_lsb(b) ^ flipSquares;
753         while (b);
754
755         leadPawnsCnt = size;
756
757         std::swap(squares[0], *std::max_element(squares, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp));
758
759         tbFile = File(edge_distance(file_of(squares[0])));
760     }
761
762     // DTZ tables are one-sided, i.e. they store positions only for white to
763     // move or only for black to move, so check for side to move to be stm,
764     // early exit otherwise.
765     if (!check_dtz_stm(entry, stm, tbFile))
766         return *result = CHANGE_STM, Ret();
767
768     // Now we are ready to get all the position pieces (but the lead pawns) and
769     // directly map them to the correct color and square.
770     b = pos.pieces() ^ leadPawns;
771     do
772     {
773         Square s       = pop_lsb(b);
774         squares[size]  = s ^ flipSquares;
775         pieces[size++] = Piece(pos.piece_on(s) ^ flipColor);
776     } while (b);
777
778     assert(size >= 2);
779
780     d = entry->get(stm, tbFile);
781
782     // Then we reorder the pieces to have the same sequence as the one stored
783     // in pieces[i]: the sequence that ensures the best compression.
784     for (int i = leadPawnsCnt; i < size - 1; ++i)
785         for (int j = i + 1; j < size; ++j)
786             if (d->pieces[i] == pieces[j])
787             {
788                 std::swap(pieces[i], pieces[j]);
789                 std::swap(squares[i], squares[j]);
790                 break;
791             }
792
793     // Now we map again the squares so that the square of the lead piece is in
794     // the triangle A1-D1-D4.
795     if (file_of(squares[0]) > FILE_D)
796         for (int i = 0; i < size; ++i)
797             squares[i] = flip_file(squares[i]);
798
799     // Encode leading pawns starting with the one with minimum MapPawns[] and
800     // proceeding in ascending order.
801     if (entry->hasPawns)
802     {
803         idx = LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][squares[0]];
804
805         std::stable_sort(squares + 1, squares + leadPawnsCnt, pawns_comp);
806
807         for (int i = 1; i < leadPawnsCnt; ++i)
808             idx += Binomial[i][MapPawns[squares[i]]];
809
810         goto encode_remaining;  // With pawns we have finished special treatments
811     }
812
813     // In positions without pawns, we further flip the squares to ensure leading
814     // piece is below RANK_5.
815     if (rank_of(squares[0]) > RANK_4)
816         for (int i = 0; i < size; ++i)
817             squares[i] = flip_rank(squares[i]);
818
819     // Look for the first piece of the leading group not on the A1-D4 diagonal
820     // and ensure it is mapped below the diagonal.
821     for (int i = 0; i < d->groupLen[0]; ++i)
822     {
823         if (!off_A1H8(squares[i]))
824             continue;
825
826         if (off_A1H8(squares[i]) > 0)  // A1-H8 diagonal flip: SQ_A3 -> SQ_C1
827             for (int j = i; j < size; ++j)
828                 squares[j] = Square(((squares[j] >> 3) | (squares[j] << 3)) & 63);
829         break;
830     }
831
832     // Encode the leading group.
833     //
834     // Suppose we have KRvK. Let's say the pieces are on square numbers wK, wR
835     // and bK (each 0...63). The simplest way to map this position to an index
836     // is like this:
837     //
838     //   index = wK * 64 * 64 + wR * 64 + bK;
839     //
840     // But this way the TB is going to have 64*64*64 = 262144 positions, with
841     // lots of positions being equivalent (because they are mirrors of each
842     // other) and lots of positions being invalid (two pieces on one square,
843     // adjacent kings, etc.).
844     // Usually the first step is to take the wK and bK together. There are just
845     // 462 ways legal and not-mirrored ways to place the wK and bK on the board.
846     // Once we have placed the wK and bK, there are 62 squares left for the wR
847     // Mapping its square from 0..63 to available squares 0..61 can be done like:
848     //
849     //   wR -= (wR > wK) + (wR > bK);
850     //
851     // In words: if wR "comes later" than wK, we deduct 1, and the same if wR
852     // "comes later" than bK. In case of two same pieces like KRRvK we want to
853     // place the two Rs "together". If we have 62 squares left, we can place two
854     // Rs "together" in 62 * 61 / 2 ways (we divide by 2 because rooks can be
855     // swapped and still get the same position.)
856     //
857     // In case we have at least 3 unique pieces (including kings) we encode them
858     // together.
859     if (entry->hasUniquePieces)
860     {
861
862         int adjust1 = squares[1] > squares[0];
863         int adjust2 = (squares[2] > squares[0]) + (squares[2] > squares[1]);
864
865         // First piece is below a1-h8 diagonal. MapA1D1D4[] maps the b1-d1-d3
866         // triangle to 0...5. There are 63 squares for second piece and and 62
867         // (mapped to 0...61) for the third.
868         if (off_A1H8(squares[0]))
869             idx = (MapA1D1D4[squares[0]] * 63 + (squares[1] - adjust1)) * 62 + squares[2] - adjust2;
870
871         // First piece is on a1-h8 diagonal, second below: map this occurrence to
872         // 6 to differentiate from the above case, rank_of() maps a1-d4 diagonal
873         // to 0...3 and finally MapB1H1H7[] maps the b1-h1-h7 triangle to 0..27.
874         else if (off_A1H8(squares[1]))
875             idx = (6 * 63 + rank_of(squares[0]) * 28 + MapB1H1H7[squares[1]]) * 62 + squares[2]
876                 - adjust2;
877
878         // First two pieces are on a1-h8 diagonal, third below
879         else if (off_A1H8(squares[2]))
880             idx = 6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62 + rank_of(squares[0]) * 7 * 28
881                 + (rank_of(squares[1]) - adjust1) * 28 + MapB1H1H7[squares[2]];
882
883         // All 3 pieces on the diagonal a1-h8
884         else
885             idx = 6 * 63 * 62 + 4 * 28 * 62 + 4 * 7 * 28 + rank_of(squares[0]) * 7 * 6
886                 + (rank_of(squares[1]) - adjust1) * 6 + (rank_of(squares[2]) - adjust2);
887     }
888     else
889         // We don't have at least 3 unique pieces, like in KRRvKBB, just map
890         // the kings.
891         idx = MapKK[MapA1D1D4[squares[0]]][squares[1]];
892
893 encode_remaining:
894     idx *= d->groupIdx[0];
895     Square* groupSq = squares + d->groupLen[0];
896
897     // Encode remaining pawns and then pieces according to square, in ascending order
898     bool remainingPawns = entry->hasPawns && entry->pawnCount[1];
899
900     while (d->groupLen[++next])
901     {
902         std::stable_sort(groupSq, groupSq + d->groupLen[next]);
903         uint64_t n = 0;
904
905         // Map down a square if "comes later" than a square in the previous
906         // groups (similar to what was done earlier for leading group pieces).
907         for (int i = 0; i < d->groupLen[next]; ++i)
908         {
909             auto f      = [&](Square s) { return groupSq[i] > s; };
910             auto adjust = std::count_if(squares, groupSq, f);
911             n += Binomial[i + 1][groupSq[i] - adjust - 8 * remainingPawns];
912         }
913
914         remainingPawns = false;
915         idx += n * d->groupIdx[next];
916         groupSq += d->groupLen[next];
917     }
918
919     // Now that we have the index, decompress the pair and get the score
920     return map_score(entry, tbFile, decompress_pairs(d, idx), wdl);
921 }
922
923 // Group together pieces that will be encoded together. The general rule is that
924 // a group contains pieces of the same type and color. The exception is the leading
925 // group that, in case of positions without pawns, can be formed by 3 different
926 // pieces (default) or by the king pair when there is not a unique piece apart
927 // from the kings. When there are pawns, pawns are always first in pieces[].
928 //
929 // As example KRKN -> KRK + N, KNNK -> KK + NN, KPPKP -> P + PP + K + K
930 //
931 // The actual grouping depends on the TB generator and can be inferred from the
932 // sequence of pieces in piece[] array.
933 template<typename T>
934 void set_groups(T& e, PairsData* d, int order[], File f) {
935
936     int n = 0, firstLen = e.hasPawns ? 0 : e.hasUniquePieces ? 3 : 2;
937     d->groupLen[n] = 1;
938
939     // Number of pieces per group is stored in groupLen[], for instance in KRKN
940     // the encoder will default on '111', so groupLen[] will be (3, 1).
941     for (int i = 1; i < e.pieceCount; ++i)
942         if (--firstLen > 0 || d->pieces[i] == d->pieces[i - 1])
943             d->groupLen[n]++;
944         else
945             d->groupLen[++n] = 1;
946
947     d->groupLen[++n] = 0;  // Zero-terminated
948
949     // The sequence in pieces[] defines the groups, but not the order in which
950     // they are encoded. If the pieces in a group g can be combined on the board
951     // in N(g) different ways, then the position encoding will be of the form:
952     //
953     //           g1 * N(g2) * N(g3) + g2 * N(g3) + g3
954     //
955     // This ensures unique encoding for the whole position. The order of the
956     // groups is a per-table parameter and could not follow the canonical leading
957     // pawns/pieces -> remaining pawns -> remaining pieces. In particular the
958     // first group is at order[0] position and the remaining pawns, when present,
959     // are at order[1] position.
960     bool     pp          = e.hasPawns && e.pawnCount[1];  // Pawns on both sides
961     int      next        = pp ? 2 : 1;
962     int      freeSquares = 64 - d->groupLen[0] - (pp ? d->groupLen[1] : 0);
963     uint64_t idx         = 1;
964
965     for (int k = 0; next < n || k == order[0] || k == order[1]; ++k)
966         if (k == order[0])  // Leading pawns or pieces
967         {
968             d->groupIdx[0] = idx;
969             idx *= e.hasPawns ? LeadPawnsSize[d->groupLen[0]][f] : e.hasUniquePieces ? 31332 : 462;
970         }
971         else if (k == order[1])  // Remaining pawns
972         {
973             d->groupIdx[1] = idx;
974             idx *= Binomial[d->groupLen[1]][48 - d->groupLen[0]];
975         }
976         else  // Remaining pieces
977         {
978             d->groupIdx[next] = idx;
979             idx *= Binomial[d->groupLen[next]][freeSquares];
980             freeSquares -= d->groupLen[next++];
981         }
982
983     d->groupIdx[n] = idx;
984 }
985
986 // In Recursive Pairing each symbol represents a pair of children symbols. So
987 // read d->btree[] symbols data and expand each one in his left and right child
988 // symbol until reaching the leaves that represent the symbol value.
989 uint8_t set_symlen(PairsData* d, Sym s, std::vector<bool>& visited) {
990
991     visited[s] = true;  // We can set it now because tree is acyclic
992     Sym sr     = d->btree[s].get<LR::Right>();
993
994     if (sr == 0xFFF)
995         return 0;
996
997     Sym sl = d->btree[s].get<LR::Left>();
998
999     if (!visited[sl])
1000         d->symlen[sl] = set_symlen(d, sl, visited);
1001
1002     if (!visited[sr])
1003         d->symlen[sr] = set_symlen(d, sr, visited);
1004
1005     return d->symlen[sl] + d->symlen[sr] + 1;
1006 }
1007
1008 uint8_t* set_sizes(PairsData* d, uint8_t* data) {
1009
1010     d->flags = *data++;
1011
1012     if (d->flags & TBFlag::SingleValue)
1013     {
1014         d->blocksNum = d->blockLengthSize = 0;
1015         d->span = d->sparseIndexSize = 0;        // Broken MSVC zero-init
1016         d->minSymLen                 = *data++;  // Here we store the single value
1017         return data;
1018     }
1019
1020     // groupLen[] is a zero-terminated list of group lengths, the last groupIdx[]
1021     // element stores the biggest index that is the tb size.
1022     uint64_t tbSize = d->groupIdx[std::find(d->groupLen, d->groupLen + 7, 0) - d->groupLen];
1023
1024     d->sizeofBlock     = 1ULL << *data++;
1025     d->span            = 1ULL << *data++;
1026     d->sparseIndexSize = size_t((tbSize + d->span - 1) / d->span);  // Round up
1027     auto padding       = number<uint8_t, LittleEndian>(data++);
1028     d->blocksNum       = number<uint32_t, LittleEndian>(data);
1029     data += sizeof(uint32_t);
1030     d->blockLengthSize = d->blocksNum + padding;  // Padded to ensure SparseIndex[]
1031                                                   // does not point out of range.
1032     d->maxSymLen = *data++;
1033     d->minSymLen = *data++;
1034     d->lowestSym = (Sym*) data;
1035     d->base64.resize(d->maxSymLen - d->minSymLen + 1);
1036
1037     // See https://en.wikipedia.org/wiki/Huffman_coding
1038     // The canonical code is ordered such that longer symbols (in terms of
1039     // the number of bits of their Huffman code) have a lower numeric value,
1040     // so that d->lowestSym[i] >= d->lowestSym[i+1] (when read as LittleEndian).
1041     // Starting from this we compute a base64[] table indexed by symbol length
1042     // and containing 64 bit values so that d->base64[i] >= d->base64[i+1].
1043
1044     // Implementation note: we first cast the unsigned size_t "base64.size()"
1045     // to a signed int "base64_size" variable and then we are able to subtract 2,
1046     // avoiding unsigned overflow warnings.
1047
1048     int base64_size = static_cast<int>(d->base64.size());
1049     for (int i = base64_size - 2; i >= 0; --i)
1050     {
1051         d->base64[i] = (d->base64[i + 1] + number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i])
1052                         - number<Sym, LittleEndian>(&d->lowestSym[i + 1]))
1053                      / 2;
1054
1055         assert(d->base64[i] * 2 >= d->base64[i + 1]);
1056     }
1057
1058     // Now left-shift by an amount so that d->base64[i] gets shifted 1 bit more
1059     // than d->base64[i+1] and given the above assert condition, we ensure that
1060     // d->base64[i] >= d->base64[i+1]. Moreover for any symbol s64 of length i
1061     // and right-padded to 64 bits holds d->base64[i-1] >= s64 >= d->base64[i].
1062     for (int i = 0; i < base64_size; ++i)
1063         d->base64[i] <<= 64 - i - d->minSymLen;  // Right-padding to 64 bits
1064
1065     data += base64_size * sizeof(Sym);
1066     d->symlen.resize(number<uint16_t, LittleEndian>(data));
1067     data += sizeof(uint16_t);
1068     d->btree = (LR*) data;
1069
1070     // The compression scheme used is "Recursive Pairing", that replaces the most
1071     // frequent adjacent pair of symbols in the source message by a new symbol,
1072     // reevaluating the frequencies of all of the symbol pairs with respect to
1073     // the extended alphabet, and then repeating the process.
1074     // See https://web.archive.org/web/20201106232444/http://www.larsson.dogma.net/dcc99.pdf
1075     std::vector<bool> visited(d->symlen.size());
1076
1077     for (Sym sym = 0; sym < d->symlen.size(); ++sym)
1078         if (!visited[sym])
1079             d->symlen[sym] = set_symlen(d, sym, visited);
1080
1081     return data + d->symlen.size() * sizeof(LR) + (d->symlen.size() & 1);
1082 }
1083
1084 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<WDL>&, uint8_t* data, File) { return data; }
1085
1086 uint8_t* set_dtz_map(TBTable<DTZ>& e, uint8_t* data, File maxFile) {
1087
1088     e.map = data;
1089
1090     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1091     {
1092         auto flags = e.get(0, f)->flags;
1093         if (flags & TBFlag::Mapped)
1094         {
1095             if (flags & TBFlag::Wide)
1096             {
1097                 data += uintptr_t(data) & 1;  // Word alignment, we may have a mixed table
1098                 for (int i = 0; i < 4; ++i)
1099                 {  // Sequence like 3,x,x,x,1,x,0,2,x,x
1100                     e.get(0, f)->map_idx[i] = uint16_t((uint16_t*) data - (uint16_t*) e.map + 1);
1101                     data += 2 * number<uint16_t, LittleEndian>(data) + 2;
1102                 }
1103             }
1104             else
1105             {
1106                 for (int i = 0; i < 4; ++i)
1107                 {
1108                     e.get(0, f)->map_idx[i] = uint16_t(data - e.map + 1);
1109                     data += *data + 1;
1110                 }
1111             }
1112         }
1113     }
1114
1115     return data += uintptr_t(data) & 1;  // Word alignment
1116 }
1117
1118 // Populate entry's PairsData records with data from the just memory-mapped file.
1119 // Called at first access.
1120 template<typename T>
1121 void set(T& e, uint8_t* data) {
1122
1123     PairsData* d;
1124
1125     enum {
1126         Split    = 1,
1127         HasPawns = 2
1128     };
1129
1130     assert(e.hasPawns == bool(*data & HasPawns));
1131     assert((e.key != e.key2) == bool(*data & Split));
1132
1133     data++;  // First byte stores flags
1134
1135     const int  sides   = T::Sides == 2 && (e.key != e.key2) ? 2 : 1;
1136     const File maxFile = e.hasPawns ? FILE_D : FILE_A;
1137
1138     bool pp = e.hasPawns && e.pawnCount[1];  // Pawns on both sides
1139
1140     assert(!pp || e.pawnCount[0]);
1141
1142     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1143     {
1144
1145         for (int i = 0; i < sides; i++)
1146             *e.get(i, f) = PairsData();
1147
1148         int order[][2] = {{*data & 0xF, pp ? *(data + 1) & 0xF : 0xF},
1149                           {*data >> 4, pp ? *(data + 1) >> 4 : 0xF}};
1150         data += 1 + pp;
1151
1152         for (int k = 0; k < e.pieceCount; ++k, ++data)
1153             for (int i = 0; i < sides; i++)
1154                 e.get(i, f)->pieces[k] = Piece(i ? *data >> 4 : *data & 0xF);
1155
1156         for (int i = 0; i < sides; ++i)
1157             set_groups(e, e.get(i, f), order[i], f);
1158     }
1159
1160     data += uintptr_t(data) & 1;  // Word alignment
1161
1162     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1163         for (int i = 0; i < sides; i++)
1164             data = set_sizes(e.get(i, f), data);
1165
1166     data = set_dtz_map(e, data, maxFile);
1167
1168     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1169         for (int i = 0; i < sides; i++)
1170         {
1171             (d = e.get(i, f))->sparseIndex = (SparseEntry*) data;
1172             data += d->sparseIndexSize * sizeof(SparseEntry);
1173         }
1174
1175     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1176         for (int i = 0; i < sides; i++)
1177         {
1178             (d = e.get(i, f))->blockLength = (uint16_t*) data;
1179             data += d->blockLengthSize * sizeof(uint16_t);
1180         }
1181
1182     for (File f = FILE_A; f <= maxFile; ++f)
1183         for (int i = 0; i < sides; i++)
1184         {
1185             data = (uint8_t*) ((uintptr_t(data) + 0x3F) & ~0x3F);  // 64 byte alignment
1186             (d = e.get(i, f))->data = data;
1187             data += d->blocksNum * d->sizeofBlock;
1188         }
1189 }
1190
1191 // If the TB file corresponding to the given position is already memory-mapped
1192 // then return its base address, otherwise, try to memory map and init it. Called
1193 // at every probe, memory map, and init only at first access. Function is thread
1194 // safe and can be called concurrently.
1195 template<TBType Type>
1196 void* mapped(TBTable<Type>& e, const Position& pos) {
1197
1198     static std::mutex mutex;
1199
1200     // Use 'acquire' to avoid a thread reading 'ready' == true while
1201     // another is still working. (compiler reordering may cause this).
1202     if (e.ready.load(std::memory_order_acquire))
1203         return e.baseAddress;  // Could be nullptr if file does not exist
1204
1205     std::scoped_lock<std::mutex> lk(mutex);
1206
1207     if (e.ready.load(std::memory_order_relaxed))  // Recheck under lock
1208         return e.baseAddress;
1209
1210     // Pieces strings in decreasing order for each color, like ("KPP","KR")
1211     std::string fname, w, b;
1212     for (PieceType pt = KING; pt >= PAWN; --pt)
1213     {
1214         w += std::string(popcount(pos.pieces(WHITE, pt)), PieceToChar[pt]);
1215         b += std::string(popcount(pos.pieces(BLACK, pt)), PieceToChar[pt]);
1216     }
1217
1218     fname =
1219       (e.key == pos.material_key() ? w + 'v' + b : b + 'v' + w) + (Type == WDL ? ".rtbw" : ".rtbz");
1220
1221     uint8_t* data = TBFile(fname).map(&e.baseAddress, &e.mapping, Type);
1222
1223     if (data)
1224         set(e, data);
1225
1226     e.ready.store(true, std::memory_order_release);
1227     return e.baseAddress;
1228 }
1229
1230 template<TBType Type, typename Ret = typename TBTable<Type>::Ret>
1231 Ret probe_table(const Position& pos, ProbeState* result, WDLScore wdl = WDLDraw) {
1232
1233     if (pos.count<ALL_PIECES>() == 2)  // KvK
1234         return Ret(WDLDraw);
1235
1236     TBTable<Type>* entry = TBTables.get<Type>(pos.material_key());
1237
1238     if (!entry || !mapped(*entry, pos))
1239         return *result = FAIL, Ret();
1240
1241     return do_probe_table(pos, entry, wdl, result);
1242 }
1243
1244 // For a position where the side to move has a winning capture it is not necessary
1245 // to store a winning value so the generator treats such positions as "don't care"
1246 // and tries to assign to it a value that improves the compression ratio. Similarly,
1247 // if the side to move has a drawing capture, then the position is at least drawn.
1248 // If the position is won, then the TB needs to store a win value. But if the
1249 // position is drawn, the TB may store a loss value if that is better for compression.
1250 // All of this means that during probing, the engine must look at captures and probe
1251 // their results and must probe the position itself. The "best" result of these
1252 // probes is the correct result for the position.
1253 // DTZ tables do not store values when a following move is a zeroing winning move
1254 // (winning capture or winning pawn move). Also, DTZ store wrong values for positions
1255 // where the best move is an ep-move (even if losing). So in all these cases set
1256 // the state to ZEROING_BEST_MOVE.
1257 template<bool CheckZeroingMoves>
1258 WDLScore search(Position& pos, ProbeState* result) {
1259
1260     WDLScore  value, bestValue = WDLLoss;
1261     StateInfo st;
1262
1263     auto   moveList   = MoveList<LEGAL>(pos);
1264     size_t totalCount = moveList.size(), moveCount = 0;
1265
1266     for (const Move move : moveList)
1267     {
1268         if (!pos.capture(move) && (!CheckZeroingMoves || type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN))
1269             continue;
1270
1271         moveCount++;
1272
1273         pos.do_move(move, st);
1274         value = -search<false>(pos, result);
1275         pos.undo_move(move);
1276
1277         if (*result == FAIL)
1278             return WDLDraw;
1279
1280         if (value > bestValue)
1281         {
1282             bestValue = value;
1283
1284             if (value >= WDLWin)
1285             {
1286                 *result = ZEROING_BEST_MOVE;  // Winning DTZ-zeroing move
1287                 return value;
1288             }
1289         }
1290     }
1291
1292     // In case we have already searched all the legal moves we don't have to probe
1293     // the TB because the stored score could be wrong. For instance TB tables
1294     // do not contain information on position with ep rights, so in this case
1295     // the result of probe_wdl_table is wrong. Also in case of only capture
1296     // moves, for instance here 4K3/4q3/6p1/2k5/6p1/8/8/8 w - - 0 7, we have to
1297     // return with ZEROING_BEST_MOVE set.
1298     bool noMoreMoves = (moveCount && moveCount == totalCount);
1299
1300     if (noMoreMoves)
1301         value = bestValue;
1302     else
1303     {
1304         value = probe_table<WDL>(pos, result);
1305
1306         if (*result == FAIL)
1307             return WDLDraw;
1308     }
1309
1310     // DTZ stores a "don't care" value if bestValue is a win
1311     if (bestValue >= value)
1312         return *result = (bestValue > WDLDraw || noMoreMoves ? ZEROING_BEST_MOVE : OK), bestValue;
1313
1314     return *result = OK, value;
1315 }
1316
1317 }  // namespace
1318
1319
1320 // Called at startup and after every change to
1321 // "SyzygyPath" UCI option to (re)create the various tables. It is not thread
1322 // safe, nor it needs to be.
1323 void Tablebases::init(const std::string& paths) {
1324
1325     TBTables.clear();
1326     MaxCardinality = 0;
1327     TBFile::Paths  = paths;
1328
1329     if (paths.empty() || paths == "<empty>")
1330         return;
1331
1332     // MapB1H1H7[] encodes a square below a1-h8 diagonal to 0..27
1333     int code = 0;
1334     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
1335         if (off_A1H8(s) < 0)
1336             MapB1H1H7[s] = code++;
1337
1338     // MapA1D1D4[] encodes a square in the a1-d1-d4 triangle to 0..9
1339     std::vector<Square> diagonal;
1340     code = 0;
1341     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_D4; ++s)
1342         if (off_A1H8(s) < 0 && file_of(s) <= FILE_D)
1343             MapA1D1D4[s] = code++;
1344
1345         else if (!off_A1H8(s) && file_of(s) <= FILE_D)
1346             diagonal.push_back(s);
1347
1348     // Diagonal squares are encoded as last ones
1349     for (auto s : diagonal)
1350         MapA1D1D4[s] = code++;
1351
1352     // MapKK[] encodes all the 462 possible legal positions of two kings where
1353     // the first is in the a1-d1-d4 triangle. If the first king is on the a1-d4
1354     // diagonal, the other one shall not be above the a1-h8 diagonal.
1355     std::vector<std::pair<int, Square>> bothOnDiagonal;
1356     code = 0;
1357     for (int idx = 0; idx < 10; idx++)
1358         for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_D4; ++s1)
1359             if (MapA1D1D4[s1] == idx && (idx || s1 == SQ_B1))  // SQ_B1 is mapped to 0
1360             {
1361                 for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
1362                     if ((PseudoAttacks[KING][s1] | s1) & s2)
1363                         continue;  // Illegal position
1364
1365                     else if (!off_A1H8(s1) && off_A1H8(s2) > 0)
1366                         continue;  // First on diagonal, second above
1367
1368                     else if (!off_A1H8(s1) && !off_A1H8(s2))
1369                         bothOnDiagonal.emplace_back(idx, s2);
1370
1371                     else
1372                         MapKK[idx][s2] = code++;
1373             }
1374
1375     // Legal positions with both kings on a diagonal are encoded as last ones
1376     for (auto p : bothOnDiagonal)
1377         MapKK[p.first][p.second] = code++;
1378
1379     // Binomial[] stores the Binomial Coefficients using Pascal rule. There
1380     // are Binomial[k][n] ways to choose k elements from a set of n elements.
1381     Binomial[0][0] = 1;
1382
1383     for (int n = 1; n < 64; n++)               // Squares
1384         for (int k = 0; k < 6 && k <= n; ++k)  // Pieces
1385             Binomial[k][n] =
1386               (k > 0 ? Binomial[k - 1][n - 1] : 0) + (k < n ? Binomial[k][n - 1] : 0);
1387
1388     // MapPawns[s] encodes squares a2-h7 to 0..47. This is the number of possible
1389     // available squares when the leading one is in 's'. Moreover the pawn with
1390     // highest MapPawns[] is the leading pawn, the one nearest the edge, and
1391     // among pawns with the same file, the one with the lowest rank.
1392     int availableSquares = 47;  // Available squares when lead pawn is in a2
1393
1394     // Init the tables for the encoding of leading pawns group: with 7-men TB we
1395     // can have up to 5 leading pawns (KPPPPPK).
1396     for (int leadPawnsCnt = 1; leadPawnsCnt <= 5; ++leadPawnsCnt)
1397         for (File f = FILE_A; f <= FILE_D; ++f)
1398         {
1399             // Restart the index at every file because TB table is split
1400             // by file, so we can reuse the same index for different files.
1401             int idx = 0;
1402
1403             // Sum all possible combinations for a given file, starting with
1404             // the leading pawn on rank 2 and increasing the rank.
1405             for (Rank r = RANK_2; r <= RANK_7; ++r)
1406             {
1407                 Square sq = make_square(f, r);
1408
1409                 // Compute MapPawns[] at first pass.
1410                 // If sq is the leading pawn square, any other pawn cannot be
1411                 // below or more toward the edge of sq. There are 47 available
1412                 // squares when sq = a2 and reduced by 2 for any rank increase
1413                 // due to mirroring: sq == a3 -> no a2, h2, so MapPawns[a3] = 45
1414                 if (leadPawnsCnt == 1)
1415                 {
1416                     MapPawns[sq]            = availableSquares--;
1417                     MapPawns[flip_file(sq)] = availableSquares--;
1418                 }
1419                 LeadPawnIdx[leadPawnsCnt][sq] = idx;
1420                 idx += Binomial[leadPawnsCnt - 1][MapPawns[sq]];
1421             }
1422             // After a file is traversed, store the cumulated per-file index
1423             LeadPawnsSize[leadPawnsCnt][f] = idx;
1424         }
1425
1426     // Add entries in TB tables if the corresponding ".rtbw" file exists
1427     for (PieceType p1 = PAWN; p1 < KING; ++p1)
1428     {
1429         TBTables.add({KING, p1, KING});
1430
1431         for (PieceType p2 = PAWN; p2 <= p1; ++p2)
1432         {
1433             TBTables.add({KING, p1, p2, KING});
1434             TBTables.add({KING, p1, KING, p2});
1435
1436             for (PieceType p3 = PAWN; p3 < KING; ++p3)
1437                 TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3});
1438
1439             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p2; ++p3)
1440             {
1441                 TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING});
1442
1443                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= p3; ++p4)
1444                 {
1445                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING});
1446
1447                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1448                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, p5, KING});
1449
1450                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 < KING; ++p5)
1451                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, p4, KING, p5});
1452                 }
1453
1454                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 < KING; ++p4)
1455                 {
1456                     TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4});
1457
1458                     for (PieceType p5 = PAWN; p5 <= p4; ++p5)
1459                         TBTables.add({KING, p1, p2, p3, KING, p4, p5});
1460                 }
1461             }
1462
1463             for (PieceType p3 = PAWN; p3 <= p1; ++p3)
1464                 for (PieceType p4 = PAWN; p4 <= (p1 == p3 ? p2 : p3); ++p4)
1465                     TBTables.add({KING, p1, p2, KING, p3, p4});
1466         }
1467     }
1468
1469     sync_cout << "info string Found " << TBTables.size() << " tablebases" << sync_endl;
1470 }
1471
1472 // Probe the WDL table for a particular position.
1473 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1474 // The return value is from the point of view of the side to move:
1475 // -2 : loss
1476 // -1 : loss, but draw under 50-move rule
1477 //  0 : draw
1478 //  1 : win, but draw under 50-move rule
1479 //  2 : win
1480 WDLScore Tablebases::probe_wdl(Position& pos, ProbeState* result) {
1481
1482     *result = OK;
1483     return search<false>(pos, result);
1484 }
1485
1486 // Probe the DTZ table for a particular position.
1487 // If *result != FAIL, the probe was successful.
1488 // The return value is from the point of view of the side to move:
1489 //         n < -100 : loss, but draw under 50-move rule
1490 // -100 <= n < -1   : loss in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1491 //        -1        : loss, the side to move is mated
1492 //         0        : draw
1493 //     1 < n <= 100 : win in n ply (assuming 50-move counter == 0)
1494 //   100 < n        : win, but draw under 50-move rule
1495 //
1496 // The return value n can be off by 1: a return value -n can mean a loss
1497 // in n+1 ply and a return value +n can mean a win in n+1 ply. This
1498 // cannot happen for tables with positions exactly on the "edge" of
1499 // the 50-move rule.
1500 //
1501 // This implies that if dtz > 0 is returned, the position is certainly
1502 // a win if dtz + 50-move-counter <= 99. Care must be taken that the engine
1503 // picks moves that preserve dtz + 50-move-counter <= 99.
1504 //
1505 // If n = 100 immediately after a capture or pawn move, then the position
1506 // is also certainly a win, and during the whole phase until the next
1507 // capture or pawn move, the inequality to be preserved is
1508 // dtz + 50-move-counter <= 100.
1509 //
1510 // In short, if a move is available resulting in dtz + 50-move-counter <= 99,
1511 // then do not accept moves leading to dtz + 50-move-counter == 100.
1512 int Tablebases::probe_dtz(Position& pos, ProbeState* result) {
1513
1514     *result      = OK;
1515     WDLScore wdl = search<true>(pos, result);
1516
1517     if (*result == FAIL || wdl == WDLDraw)  // DTZ tables don't store draws
1518         return 0;
1519
1520     // DTZ stores a 'don't care value in this case, or even a plain wrong
1521     // one as in case the best move is a losing ep, so it cannot be probed.
1522     if (*result == ZEROING_BEST_MOVE)
1523         return dtz_before_zeroing(wdl);
1524
1525     int dtz = probe_table<DTZ>(pos, result, wdl);
1526
1527     if (*result == FAIL)
1528         return 0;
1529
1530     if (*result != CHANGE_STM)
1531         return (dtz + 100 * (wdl == WDLBlessedLoss || wdl == WDLCursedWin)) * sign_of(wdl);
1532
1533     // DTZ stores results for the other side, so we need to do a 1-ply search and
1534     // find the winning move that minimizes DTZ.
1535     StateInfo st;
1536     int       minDTZ = 0xFFFF;
1537
1538     for (const Move move : MoveList<LEGAL>(pos))
1539     {
1540         bool zeroing = pos.capture(move) || type_of(pos.moved_piece(move)) == PAWN;
1541
1542         pos.do_move(move, st);
1543
1544         // For zeroing moves we want the dtz of the move _before_ doing it,
1545         // otherwise we will get the dtz of the next move sequence. Search the
1546         // position after the move to get the score sign (because even in a
1547         // winning position we could make a losing capture or go for a draw).
1548         dtz = zeroing ? -dtz_before_zeroing(search<false>(pos, result)) : -probe_dtz(pos, result);
1549
1550         // If the move mates, force minDTZ to 1
1551         if (dtz == 1 && pos.checkers() && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1552             minDTZ = 1;
1553
1554         // Convert result from 1-ply search. Zeroing moves are already accounted
1555         // by dtz_before_zeroing() that returns the DTZ of the previous move.
1556         if (!zeroing)
1557             dtz += sign_of(dtz);
1558
1559         // Skip the draws and if we are winning only pick positive dtz
1560         if (dtz < minDTZ && sign_of(dtz) == sign_of(wdl))
1561             minDTZ = dtz;
1562
1563         pos.undo_move(move);
1564
1565         if (*result == FAIL)
1566             return 0;
1567     }
1568
1569     // When there are no legal moves, the position is mate: we return -1
1570     return minDTZ == 0xFFFF ? -1 : minDTZ;
1571 }
1572
1573
1574 // Use the DTZ tables to rank root moves.
1575 //
1576 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1577 bool Tablebases::root_probe(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1578
1579     ProbeState result = OK;
1580     StateInfo  st;
1581
1582     // Obtain 50-move counter for the root position
1583     int cnt50 = pos.rule50_count();
1584
1585     // Check whether a position was repeated since the last zeroing move.
1586     bool rep = pos.has_repeated();
1587
1588     int dtz, bound = Options["Syzygy50MoveRule"] ? (MAX_DTZ - 100) : 1;
1589
1590     // Probe and rank each move
1591     for (auto& m : rootMoves)
1592     {
1593         pos.do_move(m.pv[0], st);
1594
1595         // Calculate dtz for the current move counting from the root position
1596         if (pos.rule50_count() == 0)
1597         {
1598             // In case of a zeroing move, dtz is one of -101/-1/0/1/101
1599             WDLScore wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1600             dtz          = dtz_before_zeroing(wdl);
1601         }
1602         else if (pos.is_draw(1))
1603         {
1604             // In case a root move leads to a draw by repetition or 50-move rule,
1605             // we set dtz to zero. Note: since we are only 1 ply from the root,
1606             // this must be a true 3-fold repetition inside the game history.
1607             dtz = 0;
1608         }
1609         else
1610         {
1611             // Otherwise, take dtz for the new position and correct by 1 ply
1612             dtz = -probe_dtz(pos, &result);
1613             dtz = dtz > 0 ? dtz + 1 : dtz < 0 ? dtz - 1 : dtz;
1614         }
1615
1616         // Make sure that a mating move is assigned a dtz value of 1
1617         if (pos.checkers() && dtz == 2 && MoveList<LEGAL>(pos).size() == 0)
1618             dtz = 1;
1619
1620         pos.undo_move(m.pv[0]);
1621
1622         if (result == FAIL)
1623             return false;
1624
1625         // Better moves are ranked higher. Certain wins are ranked equally.
1626         // Losing moves are ranked equally unless a 50-move draw is in sight.
1627         int r    = dtz > 0 ? (dtz + cnt50 <= 99 && !rep ? MAX_DTZ : MAX_DTZ - (dtz + cnt50))
1628                  : dtz < 0 ? (-dtz * 2 + cnt50 < 100 ? -MAX_DTZ : -MAX_DTZ + (-dtz + cnt50))
1629                            : 0;
1630         m.tbRank = r;
1631
1632         // Determine the score to be displayed for this move. Assign at least
1633         // 1 cp to cursed wins and let it grow to 49 cp as the positions gets
1634         // closer to a real win.
1635         m.tbScore = r >= bound ? VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1636                   : r > 0      ? Value((std::max(3, r - (MAX_DTZ - 200)) * int(PawnValue)) / 200)
1637                   : r == 0     ? VALUE_DRAW
1638                   : r > -bound ? Value((std::min(-3, r + (MAX_DTZ - 200)) * int(PawnValue)) / 200)
1639                                : -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1;
1640     }
1641
1642     return true;
1643 }
1644
1645
1646 // Use the WDL tables to rank root moves.
1647 // This is a fallback for the case that some or all DTZ tables are missing.
1648 //
1649 // A return value false indicates that not all probes were successful.
1650 bool Tablebases::root_probe_wdl(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1651
1652     static const int WDL_to_rank[] = {-MAX_DTZ, -MAX_DTZ + 101, 0, MAX_DTZ - 101, MAX_DTZ};
1653
1654     ProbeState result = OK;
1655     StateInfo  st;
1656     WDLScore   wdl;
1657
1658     bool rule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1659
1660     // Probe and rank each move
1661     for (auto& m : rootMoves)
1662     {
1663         pos.do_move(m.pv[0], st);
1664
1665         if (pos.is_draw(1))
1666             wdl = WDLDraw;
1667         else
1668             wdl = -probe_wdl(pos, &result);
1669
1670         pos.undo_move(m.pv[0]);
1671
1672         if (result == FAIL)
1673             return false;
1674
1675         m.tbRank = WDL_to_rank[wdl + 2];
1676
1677         if (!rule50)
1678             wdl = wdl > WDLDraw ? WDLWin : wdl < WDLDraw ? WDLLoss : WDLDraw;
1679         m.tbScore = WDL_to_value[wdl + 2];
1680     }
1681
1682     return true;
1683 }
1684
1685 }  // namespace Stockfish