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[stockfish] / src / tt.h
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--- a/src/tt.h
+++ b/src/tt.h
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 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
-  Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2004-2024 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
 #ifndef TT_H_INCLUDED
 #define TT_H_INCLUDED
 
-#include "misc.h"
+#include <cstddef>
+#include <cstdint>
+#include <tuple>
+
+#include "memory.h"
 #include "types.h"
 
-/// The TTEntry is the 10 bytes transposition table entry, defined as below:
-///
-/// key        16 bit
-/// move       16 bit
-/// value      16 bit
-/// eval value 16 bit
-/// generation  6 bit
-/// bound type  2 bit
-/// depth       8 bit
-
-struct TTEntry {
-
-  Move  move()  const      { return (Move )move16; }
-  Value value() const      { return (Value)value16; }
-  Value eval_value() const { return (Value)evalValue; }
-  Depth depth() const      { return (Depth)(depth8) + DEPTH_NONE; }
-  Bound bound() const      { return (Bound)(genBound8 & 0x3); }
-
-private:
-  friend class TranspositionTable;
-
-  void save(uint16_t k, Value v, Bound b, Depth d, Move m, uint8_t g, Value ev) {
-
-    key16     = (uint16_t)k;
-    move16    = (uint16_t)m;
-    value16   = (int16_t)v;
-    evalValue = (int16_t)ev;
-    depth8    = (uint8_t)(d - DEPTH_NONE);
-    genBound8 = g | (uint8_t)b;
-  }
-
-  uint16_t key16;
-  uint16_t move16;
-  int16_t  value16;
-  int16_t  evalValue;
-  uint8_t  genBound8;
-  uint8_t  depth8;
+namespace Stockfish {
+
+class ThreadPool;
+struct TTEntry;
+struct Cluster;
+
+// There is only one global hash table for the engine and all its threads. For chess in particular, we even allow racy
+// updates between threads to and from the TT, as taking the time to synchronize access would cost thinking time and
+// thus elo. As a hash table, collisions are possible and may cause chess playing issues (bizarre blunders, faulty mate
+// reports, etc). Fixing these also loses elo; however such risk decreases quickly with larger TT size.
+//
+// `probe` is the primary method: given a board position, we lookup its entry in the table, and return a tuple of:
+//   1) whether the entry already has this position
+//   2) a copy of the prior data (if any) (may be inconsistent due to read races)
+//   3) a writer object to this entry
+// The copied data and the writer are separated to maintain clear boundaries between local vs global objects.
+
+
+// A copy of the data already in the entry (possibly collided). `probe` may be racy, resulting in inconsistent data.
+struct TTData {
+    Move  move;
+    Value value, eval;
+    Depth depth;
+    Bound bound;
+    bool  is_pv;
 };
 
-/// TTCluster is a 32 bytes cluster of TT entries consisting of:
-///
-/// 3 x TTEntry (3 x 10 bytes)
-/// padding     (2 bytes)
-
-const unsigned TTClusterSize = 3;
 
-struct TTCluster {
+// This is used to make racy writes to the global TT.
+struct TTWriter {
+   public:
+    void write(Key k, Value v, bool pv, Bound b, Depth d, Move m, Value ev, uint8_t generation8);
 
-  TTEntry entry[TTClusterSize];
-  char padding[2];
+   private:
+    friend class TranspositionTable;
+    TTEntry* entry;
+    TTWriter(TTEntry* tte);
 };
 
-/// A TranspositionTable consists of a power of 2 number of clusters and each
-/// cluster consists of TTClusterSize number of TTEntry. Each non-empty entry
-/// contains information of exactly one position. The size of a cluster should
-/// not be bigger than a cache line size. In case it is less, it should be padded
-/// to guarantee always aligned accesses.
 
 class TranspositionTable {
 
-public:
- ~TranspositionTable() { free(mem); }
-  void new_search() { generation += 4; } // Lower 2 bits are used by Bound
-
-  const TTEntry* probe(const Key key) const;
-  TTEntry* first_entry(const Key key) const;
-  void resize(uint64_t mbSize);
-  void clear();
-  void store(const Key key, Value v, Bound type, Depth d, Move m, Value statV);
-
-private:
-  uint32_t clusterCount;
-  TTCluster* table;
-  void* mem;
-  uint8_t generation; // Size must be not bigger than TTEntry::genBound8
-};
+   public:
+    ~TranspositionTable() { aligned_large_pages_free(table); }
 
-extern TranspositionTable TT;
+    void resize(size_t mbSize, ThreadPool& threads);  // Set TT size
+    void clear(ThreadPool& threads);                  // Re-initialize memory, multithreaded
+    int  hashfull()
+      const;  // Approximate what fraction of entries (permille) have been written to during this root search
 
+    void
+    new_search();  // This must be called at the beginning of each root search to track entry aging
+    uint8_t generation() const;  // The current age, used when writing new data to the TT
+    std::tuple<bool, TTData, TTWriter>
+    probe(const Key key) const;  // The main method, whose retvals separate local vs global objects
+    TTEntry* first_entry(const Key key)
+      const;  // This is the hash function; its only external use is memory prefetching.
 
-/// TranspositionTable::first_entry() returns a pointer to the first entry of
-/// a cluster given a position. The lowest order bits of the key are used to
-/// get the index of the cluster inside the table.
+   private:
+    friend struct TTEntry;
 
-inline TTEntry* TranspositionTable::first_entry(const Key key) const {
+    size_t   clusterCount;
+    Cluster* table = nullptr;
+
+    uint8_t generation8 = 0;  // Size must be not bigger than TTEntry::genBound8
+};
 
-  return &table[(uint32_t)key & (clusterCount - 1)].entry[0];
-}
+}  // namespace Stockfish
 
-#endif // #ifndef TT_H_INCLUDED
+#endif  // #ifndef TT_H_INCLUDED