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[stockfish] / src / uci.cpp
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@@ -1,7 +1,6 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
-  Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2004-2023 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
@@ -17,6 +16,8 @@
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include <cassert>
+#include <cmath>
 #include <iostream>
 #include <sstream>
 #include <string>
 #include "search.h"
 #include "thread.h"
 #include "timeman.h"
+#include "tt.h"
 #include "uci.h"
+#include "syzygy/tbprobe.h"
 
 using namespace std;
 
-extern void benchmark(const Position& pos, istream& is);
+namespace Stockfish {
+
+vector<string> setup_bench(const Position&, istream&);
 
 namespace {
 
-  // FEN string of the initial position, normal chess
+  // FEN string for the initial position in standard chess
   const char* StartFEN = "rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq - 0 1";
 
-  // Stack to keep track of the position states along the setup moves (from the
-  // start position to the position just before the search starts). Needed by
-  // 'draw by repetition' detection.
-  Search::StateStackPtr SetupStates;
-
 
-  // position() is called when engine receives the "position" UCI command.
-  // The function sets up the position described in the given FEN string ("fen")
-  // or the starting position ("startpos") and then makes the moves given in the
-  // following move list ("moves").
+  // position() is called when the engine receives the "position" UCI command.
+  // It sets up the position that is described in the given FEN string ("fen") or
+  // the initial position ("startpos") and then makes the moves given in the following
+  // move list ("moves").
 
-  void position(Position& pos, istringstream& is) {
+  void position(Position& pos, istringstream& is, StateListPtr& states) {
 
     Move m;
     string token, fen;
@@ -59,7 +59,7 @@ namespace {
     if (token == "startpos")
     {
         fen = StartFEN;
-        is >> token; // Consume "moves" token if any
+        is >> token; // Consume the "moves" token, if any
     }
     else if (token == "fen")
         while (is >> token && token != "moves")
@@ -67,34 +67,48 @@ namespace {
     else
         return;
 
-    pos.set(fen, Options["UCI_Chess960"], Threads.main());
-    SetupStates = Search::StateStackPtr(new std::stack<StateInfo>);
+    states = StateListPtr(new std::deque<StateInfo>(1)); // Drop the old state and create a new one
+    pos.set(fen, Options["UCI_Chess960"], &states->back(), Threads.main());
 
-    // Parse move list (if any)
+    // Parse the move list, if any
     while (is >> token && (m = UCI::to_move(pos, token)) != MOVE_NONE)
     {
-        SetupStates->push(StateInfo());
-        pos.do_move(m, SetupStates->top(), pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
+        states->emplace_back();
+        pos.do_move(m, states->back());
     }
   }
 
+  // trace_eval() prints the evaluation of the current position, consistent with
+  // the UCI options set so far.
+
+  void trace_eval(Position& pos) {
+
+    StateListPtr states(new std::deque<StateInfo>(1));
+    Position p;
+    p.set(pos.fen(), Options["UCI_Chess960"], &states->back(), Threads.main());
+
+    Eval::NNUE::verify();
+
+    sync_cout << "\n" << Eval::trace(p) << sync_endl;
+  }
+
 
-  // setoption() is called when engine receives the "setoption" UCI command. The
-  // function updates the UCI option ("name") to the given value ("value").
+  // setoption() is called when the engine receives the "setoption" UCI command.
+  // The function updates the UCI option ("name") to the given value ("value").
 
   void setoption(istringstream& is) {
 
     string token, name, value;
 
-    is >> token; // Consume "name" token
+    is >> token; // Consume the "name" token
 
-    // Read option name (can contain spaces)
+    // Read the option name (can contain spaces)
     while (is >> token && token != "value")
-        name += string(" ", name.empty() ? 0 : 1) + token;
+        name += (name.empty() ? "" : " ") + token;
 
-    // Read option value (can contain spaces)
+    // Read the option value (can contain spaces)
     while (is >> token)
-        value += string(" ", value.empty() ? 0 : 1) + token;
+        value += (value.empty() ? "" : " ") + token;
 
     if (Options.count(name))
         Options[name] = value;
@@ -103,19 +117,20 @@ namespace {
   }
 
 
-  // go() is called when engine receives the "go" UCI command. The function sets
-  // the thinking time and other parameters from the input string, then starts
-  // the search.
+  // go() is called when the engine receives the "go" UCI command. The function
+  // sets the thinking time and other parameters from the input string, then starts
+  // with a search.
 
-  void go(const Position& pos, istringstream& is) {
+  void go(Position& pos, istringstream& is, StateListPtr& states) {
 
     Search::LimitsType limits;
     string token;
+    bool ponderMode = false;
 
-    limits.startTime = now(); // As early as possible!
+    limits.startTime = now(); // The search starts as early as possible
 
     while (is >> token)
-        if (token == "searchmoves")
+        if (token == "searchmoves") // Needs to be the last command on the line
             while (is >> token)
                 limits.searchmoves.push_back(UCI::to_move(pos, token));
 
@@ -128,106 +143,180 @@ namespace {
         else if (token == "nodes")     is >> limits.nodes;
         else if (token == "movetime")  is >> limits.movetime;
         else if (token == "mate")      is >> limits.mate;
+        else if (token == "perft")     is >> limits.perft;
         else if (token == "infinite")  limits.infinite = 1;
-        else if (token == "ponder")    limits.ponder = 1;
+        else if (token == "ponder")    ponderMode = true;
 
-    Threads.start_thinking(pos, limits, SetupStates);
+    Threads.start_thinking(pos, states, limits, ponderMode);
+  }
+
+
+  // bench() is called when the engine receives the "bench" command.
+  // Firstly, a list of UCI commands is set up according to the bench
+  // parameters, then it is run one by one, printing a summary at the end.
+
+  void bench(Position& pos, istream& args, StateListPtr& states) {
+
+    string token;
+    uint64_t num, nodes = 0, cnt = 1;
+
+    vector<string> list = setup_bench(pos, args);
+    num = count_if(list.begin(), list.end(), [](string s) { return s.find("go ") == 0 || s.find("eval") == 0; });
+
+    TimePoint elapsed = now();
+
+    for (const auto& cmd : list)
+    {
+        istringstream is(cmd);
+        is >> skipws >> token;
+
+        if (token == "go" || token == "eval")
+        {
+            cerr << "\nPosition: " << cnt++ << '/' << num << " (" << pos.fen() << ")" << endl;
+            if (token == "go")
+            {
+               go(pos, is, states);
+               Threads.main()->wait_for_search_finished();
+               nodes += Threads.nodes_searched();
+            }
+            else
+               trace_eval(pos);
+        }
+        else if (token == "setoption")  setoption(is);
+        else if (token == "position")   position(pos, is, states);
+        else if (token == "ucinewgame") { Search::clear(); elapsed = now(); } // Search::clear() may take a while
+    }
+
+    elapsed = now() - elapsed + 1; // Ensure positivity to avoid a 'divide by zero'
+
+    dbg_print();
+
+    cerr << "\n==========================="
+         << "\nTotal time (ms) : " << elapsed
+         << "\nNodes searched  : " << nodes
+         << "\nNodes/second    : " << 1000 * nodes / elapsed << endl;
+  }
+
+  // The win rate model returns the probability of winning (in per mille units) given an
+  // eval and a game ply. It fits the LTC fishtest statistics rather accurately.
+  int win_rate_model(Value v, int ply) {
+
+     // The model only captures up to 240 plies, so limit the input and then rescale
+     double m = std::min(240, ply) / 64.0;
+
+     // The coefficients of a third-order polynomial fit is based on the fishtest data
+     // for two parameters that need to transform eval to the argument of a logistic
+     // function.
+     constexpr double as[] = {  -0.58270499,    2.68512549,   15.24638015,  344.49745382};
+     constexpr double bs[] = {  -2.65734562,   15.96509799,  -20.69040836,   73.61029937 };
+
+     // Enforce that NormalizeToPawnValue corresponds to a 50% win rate at ply 64
+     static_assert(UCI::NormalizeToPawnValue == int(as[0] + as[1] + as[2] + as[3]));
+
+     double a = (((as[0] * m + as[1]) * m + as[2]) * m) + as[3];
+     double b = (((bs[0] * m + bs[1]) * m + bs[2]) * m) + bs[3];
+
+     // Transform the eval to centipawns with limited range
+     double x = std::clamp(double(v), -4000.0, 4000.0);
+
+     // Return the win rate in per mille units rounded to the nearest value
+     return int(0.5 + 1000 / (1 + std::exp((a - x) / b)));
   }
 
 } // namespace
 
 
-/// UCI::loop() waits for a command from stdin, parses it and calls the appropriate
-/// function. Also intercepts EOF from stdin to ensure gracefully exiting if the
-/// GUI dies unexpectedly. When called with some command line arguments, e.g. to
-/// run 'bench', once the command is executed the function returns immediately.
-/// In addition to the UCI ones, also some additional debug commands are supported.
+/// UCI::loop() waits for a command from the stdin, parses it and then calls the appropriate
+/// function. It also intercepts an end-of-file (EOF) indication from the stdin to ensure a
+/// graceful exit if the GUI dies unexpectedly. When called with some command-line arguments,
+/// like running 'bench', the function returns immediately after the command is executed.
+/// In addition to the UCI ones, some additional debug commands are also supported.
 
 void UCI::loop(int argc, char* argv[]) {
 
-  Position pos(StartFEN, false, Threads.main()); // The root position
+  Position pos;
   string token, cmd;
+  StateListPtr states(new std::deque<StateInfo>(1));
+
+  pos.set(StartFEN, false, &states->back(), Threads.main());
 
   for (int i = 1; i < argc; ++i)
       cmd += std::string(argv[i]) + " ";
 
   do {
-      if (argc == 1 && !getline(cin, cmd)) // Block here waiting for input or EOF
+      if (argc == 1 && !getline(cin, cmd)) // Wait for an input or an end-of-file (EOF) indication
           cmd = "quit";
 
       istringstream is(cmd);
 
-      token.clear(); // getline() could return empty or blank line
+      token.clear(); // Avoid a stale if getline() returns nothing or a blank line
       is >> skipws >> token;
 
-      // The GUI sends 'ponderhit' to tell us to ponder on the same move the
-      // opponent has played. In case Signals.stopOnPonderhit is set we are
-      // waiting for 'ponderhit' to stop the search (for instance because we
-      // already ran out of time), otherwise we should continue searching but
-      // switching from pondering to normal search.
       if (    token == "quit"
-          ||  token == "stop"
-          || (token == "ponderhit" && Search::Signals.stopOnPonderhit))
-      {
-          Search::Signals.stop = true;
-          Threads.main()->notify_one(); // Could be sleeping
-      }
+          ||  token == "stop")
+          Threads.stop = true;
+
+      // The GUI sends 'ponderhit' to tell that the user has played the expected move.
+      // So, 'ponderhit' is sent if pondering was done on the same move that the user
+      // has played. The search should continue, but should also switch from pondering
+      // to the normal search.
       else if (token == "ponderhit")
-          Search::Limits.ponder = 0; // Switch to normal search
+          Threads.main()->ponder = false; // Switch to the normal search
 
       else if (token == "uci")
           sync_cout << "id name " << engine_info(true)
                     << "\n"       << Options
                     << "\nuciok"  << sync_endl;
 
-      else if (token == "ucinewgame")
-      {
-          Search::clear();
-          Time.availableNodes = 0;
-      }
-      else if (token == "isready")    sync_cout << "readyok" << sync_endl;
-      else if (token == "go")         go(pos, is);
-      else if (token == "position")   position(pos, is);
       else if (token == "setoption")  setoption(is);
+      else if (token == "go")         go(pos, is, states);
+      else if (token == "position")   position(pos, is, states);
+      else if (token == "ucinewgame") Search::clear();
+      else if (token == "isready")    sync_cout << "readyok" << sync_endl;
 
-      // Additional custom non-UCI commands, useful for debugging
-      else if (token == "flip")       pos.flip();
-      else if (token == "bench")      benchmark(pos, is);
-      else if (token == "d")          sync_cout << pos << sync_endl;
-      else if (token == "eval")       sync_cout << Eval::trace(pos) << sync_endl;
-      else if (token == "perft")
+      // Add custom non-UCI commands, mainly for debugging purposes.
+      // These commands must not be used during a search!
+      else if (token == "flip")     pos.flip();
+      else if (token == "bench")    bench(pos, is, states);
+      else if (token == "d")        sync_cout << pos << sync_endl;
+      else if (token == "eval")     trace_eval(pos);
+      else if (token == "compiler") sync_cout << compiler_info() << sync_endl;
+      else if (token == "export_net")
       {
-          int depth;
-          stringstream ss;
-
-          is >> depth;
-          ss << Options["Hash"]    << " "
-             << Options["Threads"] << " " << depth << " current perft";
-
-          benchmark(pos, ss);
+          std::optional<std::string> filename;
+          std::string f;
+          if (is >> skipws >> f)
+              filename = f;
+          Eval::NNUE::save_eval(filename);
       }
-      else
-          sync_cout << "Unknown command: " << cmd << sync_endl;
-
-  } while (token != "quit" && argc == 1); // Passed args have one-shot behaviour
-
-  Threads.main()->join(); // Cannot quit whilst the search is running
+      else if (token == "--help" || token == "help" || token == "--license" || token == "license")
+          sync_cout << "\nStockfish is a powerful chess engine for playing and analyzing."
+                       "\nIt is released as free software licensed under the GNU GPLv3 License."
+                       "\nStockfish is normally used with a graphical user interface (GUI) and implements"
+                       "\nthe Universal Chess Interface (UCI) protocol to communicate with a GUI, an API, etc."
+                       "\nFor any further information, visit https://github.com/official-stockfish/Stockfish#readme"
+                       "\nor read the corresponding README.md and Copying.txt files distributed along with this program.\n" << sync_endl;
+      else if (!token.empty() && token[0] != '#')
+          sync_cout << "Unknown command: '" << cmd << "'. Type help for more information." << sync_endl;
+
+  } while (token != "quit" && argc == 1); // The command-line arguments are one-shot
 }
 
 
-/// UCI::value() converts a Value to a string suitable for use with the UCI
-/// protocol specification:
+/// UCI::value() converts a Value to a string by adhering to the UCI protocol specification:
 ///
 /// cp <x>    The score from the engine's point of view in centipawns.
-/// mate <y>  Mate in y moves, not plies. If the engine is getting mated
-///           use negative values for y.
+/// mate <y>  Mate in 'y' moves (not plies). If the engine is getting mated,
+///           uses negative values for 'y'.
 
 string UCI::value(Value v) {
 
+  assert(-VALUE_INFINITE < v && v < VALUE_INFINITE);
+
   stringstream ss;
 
-  if (abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY)
-      ss << "cp " << v * 100 / PawnValueEg;
+  if (abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
+      ss << "cp " << v * 100 / NormalizeToPawnValue;
   else
       ss << "mate " << (v > 0 ? VALUE_MATE - v + 1 : -VALUE_MATE - v) / 2;
 
@@ -235,6 +324,22 @@ string UCI::value(Value v) {
 }
 
 
+/// UCI::wdl() reports the win-draw-loss (WDL) statistics given an evaluation
+/// and a game ply based on the data gathered for fishtest LTC games.
+
+string UCI::wdl(Value v, int ply) {
+
+  stringstream ss;
+
+  int wdl_w = win_rate_model( v, ply);
+  int wdl_l = win_rate_model(-v, ply);
+  int wdl_d = 1000 - wdl_w - wdl_l;
+  ss << " wdl " << wdl_w << " " << wdl_d << " " << wdl_l;
+
+  return ss.str();
+}
+
+
 /// UCI::square() converts a Square to a string in algebraic notation (g1, a7, etc.)
 
 std::string UCI::square(Square s) {
@@ -243,9 +348,9 @@ std::string UCI::square(Square s) {
 
 
 /// UCI::move() converts a Move to a string in coordinate notation (g1f3, a7a8q).
-/// The only special case is castling, where we print in the e1g1 notation in
-/// normal chess mode, and in e1h1 notation in chess960 mode. Internally all
-/// castling moves are always encoded as 'king captures rook'.
+/// The only special case is castling where the e1g1 notation is printed in
+/// standard chess mode and in e1h1 notation it is printed in Chess960 mode.
+/// Internally, all castling moves are always encoded as 'king captures rook'.
 
 string UCI::move(Move m, bool chess960) {
 
@@ -275,8 +380,8 @@ string UCI::move(Move m, bool chess960) {
 
 Move UCI::to_move(const Position& pos, string& str) {
 
-  if (str.length() == 5) // Junior could send promotion piece in uppercase
-      str[4] = char(tolower(str[4]));
+  if (str.length() == 5)
+      str[4] = char(tolower(str[4])); // The promotion piece character must be lowercased
 
   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
       if (str == UCI::move(m, pos.is_chess960()))
@@ -284,3 +389,5 @@ Move UCI::to_move(const Position& pos, string& str) {
 
   return MOVE_NONE;
 }
+
+} // namespace Stockfish