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Avoid unnecessary string copies
[stockfish] / src / uci.cpp
index 0057881b010a812404e1e7d94c87166805f8a007..30c1fa0cce0cfc448dc4cf96ae78684c324f4a0e 100644 (file)
@@ -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) 2008-2012 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
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
+#include <cassert>
+#include <cmath>
 #include <iostream>
 #include <sstream>
 #include <string>
 
+#include "benchmark.h"
 #include "evaluate.h"
-#include "misc.h"
+#include "movegen.h"
 #include "position.h"
 #include "search.h"
 #include "thread.h"
-#include "ucioption.h"
+#include "timeman.h"
+#include "tt.h"
+#include "uci.h"
+#include "syzygy/tbprobe.h"
 
 using namespace std;
 
+namespace Stockfish {
+
 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";
 
-  // Keep track of position keys along the setup moves (from start position to the
-  // position just before to start searching). This is needed by draw detection
-  // where, due to 50 moves rule, we need to check at most 100 plies back.
-  StateInfo StateRingBuf[102], *SetupState = StateRingBuf;
 
-  void set_option(istringstream& up);
-  void set_position(Position& pos, istringstream& up);
-  void go(Position& pos, istringstream& up);
-  void perft(Position& pos, istringstream& up);
-}
+  // 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, StateListPtr& states) {
 
-/// Wait for a command from the user, parse this text string as an UCI command,
-/// and call the appropriate functions. Also intercepts EOF from stdin to ensure
-/// that we exit gracefully if the GUI dies unexpectedly. In addition to the UCI
-/// commands, the function also supports a few debug commands.
+    Move m;
+    string token, fen;
 
-void uci_loop() {
+    is >> token;
 
-  Position pos(StartFEN, false, 0); // The root position
-  string cmd, token;
+    if (token == "startpos")
+    {
+        fen = StartFEN;
+        is >> token; // Consume the "moves" token, if any
+    }
+    else if (token == "fen")
+        while (is >> token && token != "moves")
+            fen += token + " ";
+    else
+        return;
 
-  while (token != "quit")
-  {
-      if (!getline(cin, cmd)) // Block here waiting for input
-          cmd = "quit";
+    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());
 
-      istringstream is(cmd);
+    // Parse the move list, if any
+    while (is >> token && (m = UCI::to_move(pos, token)) != MOVE_NONE)
+    {
+        states->emplace_back();
+        pos.do_move(m, states->back());
+    }
+  }
 
-      is >> skipws >> token;
+  // trace_eval() prints the evaluation of the current position, consistent with
+  // the UCI options set so far.
 
-      if (token == "quit" || token == "stop")
-      {
-          Search::Signals.stop = true;
+  void trace_eval(Position& pos) {
 
-          if (token == "quit") // Cannot quit while threads are still running
-              Threads.wait_for_search_finished();
-      }
+    StateListPtr states(new std::deque<StateInfo>(1));
+    Position p;
+    p.set(pos.fen(), Options["UCI_Chess960"], &states->back(), Threads.main());
 
-      else if (token == "ponderhit")
-      {
-          // The opponent has played the expected move. GUI sends "ponderhit" if
-          // we were told to ponder on the same move the opponent has played. We
-          // should continue searching but switching from pondering to normal search.
-          Search::Limits.ponder = false;
+    Eval::NNUE::verify();
 
-          if (Search::Signals.stopOnPonderhit)
-              Search::Signals.stop = true;
-      }
+    sync_cout << "\n" << Eval::trace(p) << sync_endl;
+  }
+
+
+  // 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) {
 
-      else if (token == "go")
-          go(pos, is);
+    string token, name, value;
 
-      else if (token == "isready")
-          cout << "readyok" << endl;
+    is >> token; // Consume the "name" token
 
-      else if (token == "position")
-          set_position(pos, is);
+    // Read the option name (can contain spaces)
+    while (is >> token && token != "value")
+        name += (name.empty() ? "" : " ") + token;
 
-      else if (token == "setoption")
-          set_option(is);
+    // Read the option value (can contain spaces)
+    while (is >> token)
+        value += (value.empty() ? "" : " ") + token;
 
-      else if (token == "perft")
-          perft(pos, is);
+    if (Options.count(name))
+        Options[name] = value;
+    else
+        sync_cout << "No such option: " << name << sync_endl;
+  }
 
-      else if (token == "d")
-          pos.print();
 
-      else if (token == "flip")
-          pos.flip_me();
+  // 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.
 
-      else if (token == "eval")
-          cout << Eval::trace(pos) << endl;
+  void go(Position& pos, istringstream& is, StateListPtr& states) {
 
-      else if (token == "key")
-          cout << "key: " << hex     << pos.key()
-               << "\nmaterial key: " << pos.material_key()
-               << "\npawn key: "     << pos.pawn_key() << endl;
+    Search::LimitsType limits;
+    string token;
+    bool ponderMode = false;
 
-      else if (token == "uci")
-          cout << "id name "     << engine_info(true)
-               << "\n"           << Options
-               << "\nuciok"      << endl;
-      else
-          cout << "Unknown command: " << cmd << endl;
+    limits.startTime = now(); // The search starts as early as possible
+
+    while (is >> token)
+        if (token == "searchmoves") // Needs to be the last command on the line
+            while (is >> token)
+                limits.searchmoves.push_back(UCI::to_move(pos, token));
+
+        else if (token == "wtime")     is >> limits.time[WHITE];
+        else if (token == "btime")     is >> limits.time[BLACK];
+        else if (token == "winc")      is >> limits.inc[WHITE];
+        else if (token == "binc")      is >> limits.inc[BLACK];
+        else if (token == "movestogo") is >> limits.movestogo;
+        else if (token == "depth")     is >> limits.depth;
+        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")    ponderMode = true;
+
+    Threads.start_thinking(pos, states, limits, ponderMode);
   }
-}
 
 
-namespace {
+  // 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.
 
-  // set_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").
+  void bench(Position& pos, istream& args, StateListPtr& states) {
 
-  void set_position(Position& pos, istringstream& is) {
+    string token;
+    uint64_t num, nodes = 0, cnt = 1;
 
-    Move m;
-    string token, fen;
+    vector<string> list = setup_bench(pos, args);
+    num = count_if(list.begin(), list.end(), [](const string& s) { return s.find("go ") == 0 || s.find("eval") == 0; });
 
-    is >> token;
+    TimePoint elapsed = now();
 
-    if (token == "startpos")
+    for (const auto& cmd : list)
     {
-        fen = StartFEN;
-        is >> token; // Consume "moves" token if any
+        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
     }
-    else if (token == "fen")
-        while (is >> token && token != "moves")
-            fen += token + " ";
-    else
-        return;
 
-    pos.from_fen(fen, Options["UCI_Chess960"]);
+    elapsed = now() - elapsed + 1; // Ensure positivity to avoid a 'divide by zero'
 
-    // Parse move list (if any)
-    while (is >> token && (m = move_from_uci(pos, token)) != MOVE_NONE)
-    {
-        pos.do_move(m, *SetupState);
+    dbg_print();
 
-        // Increment pointer to StateRingBuf circular buffer
-        if (++SetupState - StateRingBuf >= 102)
-            SetupState = StateRingBuf;
-    }
+    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) {
 
-  // set_option() is called when engine receives the "setoption" UCI command. The
-  // function updates the UCI option ("name") to the given value ("value").
+     // The model only captures up to 240 plies, so limit the input and then rescale
+     double m = std::min(240, ply) / 64.0;
 
-  void set_option(istringstream& is) {
+     // 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 };
 
-    string token, name, value;
+     // 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]));
 
-    is >> token; // Consume "name" token
+     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];
 
-    // Read option name (can contain spaces)
-    while (is >> token && token != "value")
-        name += string(" ", !name.empty()) + token;
-
-    // Read option value (can contain spaces)
-    while (is >> token)
-        value += string(" ", !value.empty()) + token;
+     // Transform the eval to centipawns with limited range
+     double x = std::clamp(double(v), -4000.0, 4000.0);
 
-    if (Options.count(name))
-        Options[name] = value;
-    else
-        cout << "No such option: " << name << endl;
+     // 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
 
-  // go() is called when engine receives the "go" UCI command. The function sets
-  // the thinking time and other parameters from the input string, and then starts
-  // the main searching thread.
 
-  void go(Position& pos, istringstream& is) {
+/// 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.
 
-    string token;
-    Search::LimitsType limits;
-    std::set<Move> searchMoves;
-    int time[] = { 0, 0 }, inc[] = { 0, 0 };
+void UCI::loop(int argc, char* argv[]) {
 
-    while (is >> token)
-    {
-        if (token == "infinite")
-            limits.infinite = true;
-        else if (token == "ponder")
-            limits.ponder = true;
-        else if (token == "wtime")
-            is >> time[WHITE];
-        else if (token == "btime")
-            is >> time[BLACK];
-        else if (token == "winc")
-            is >> inc[WHITE];
-        else if (token == "binc")
-            is >> inc[BLACK];
-        else if (token == "movestogo")
-            is >> limits.movesToGo;
-        else if (token == "depth")
-            is >> limits.maxDepth;
-        else if (token == "nodes")
-            is >> limits.maxNodes;
-        else if (token == "movetime")
-            is >> limits.maxTime;
-        else if (token == "searchmoves")
-            while (is >> token)
-                searchMoves.insert(move_from_uci(pos, token));
-    }
+  Position pos;
+  string token, cmd;
+  StateListPtr states(new std::deque<StateInfo>(1));
 
-    limits.time = time[pos.side_to_move()];
-    limits.increment = inc[pos.side_to_move()];
+  pos.set(StartFEN, false, &states->back(), Threads.main());
 
-    Threads.start_searching(pos, limits, searchMoves, true);
-  }
+  for (int i = 1; i < argc; ++i)
+      cmd += std::string(argv[i]) + " ";
 
+  do {
+      if (argc == 1 && !getline(cin, cmd)) // Wait for an input or an end-of-file (EOF) indication
+          cmd = "quit";
 
-  // perft() is called when engine receives the "perft" command. The function
-  // calls perft() with the required search depth then prints counted leaf nodes
-  // and elapsed time.
+      istringstream is(cmd);
 
-  void perft(Position& pos, istringstream& is) {
+      token.clear(); // Avoid a stale if getline() returns nothing or a blank line
+      is >> skipws >> token;
 
-    int depth;
+      if (    token == "quit"
+          ||  token == "stop")
+          Threads.stop = true;
 
-    if (!(is >> depth))
-        return;
+      // 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")
+          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 == "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;
+
+      // 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")
+      {
+          std::optional<std::string> filename;
+          std::string f;
+          if (is >> skipws >> f)
+              filename = f;
+          Eval::NNUE::save_eval(filename);
+      }
+      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
+}
 
-    Time time = Time::current_time();
 
-    int64_t n = Search::perft(pos, depth * ONE_PLY);
+/// 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,
+///           uses negative values for 'y'.
 
-    int e = time.elapsed();
+string UCI::value(Value v) {
 
-    std::cout << "\nNodes " << n
-              << "\nTime (ms) " << e
-              << "\nNodes/second " << int(n / (e / 1000.0)) << std::endl;
-  }
+  assert(-VALUE_INFINITE < v && v < VALUE_INFINITE);
+
+  stringstream ss;
+
+  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;
+
+  return ss.str();
 }
+
+
+/// 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) {
+  return std::string{ char('a' + file_of(s)), char('1' + rank_of(s)) };
+}
+
+
+/// UCI::move() converts a Move to a string in coordinate notation (g1f3, a7a8q).
+/// 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) {
+
+  Square from = from_sq(m);
+  Square to = to_sq(m);
+
+  if (m == MOVE_NONE)
+      return "(none)";
+
+  if (m == MOVE_NULL)
+      return "0000";
+
+  if (type_of(m) == CASTLING && !chess960)
+      to = make_square(to > from ? FILE_G : FILE_C, rank_of(from));
+
+  string move = UCI::square(from) + UCI::square(to);
+
+  if (type_of(m) == PROMOTION)
+      move += " pnbrqk"[promotion_type(m)];
+
+  return move;
+}
+
+
+/// UCI::to_move() converts a string representing a move in coordinate notation
+/// (g1f3, a7a8q) to the corresponding legal Move, if any.
+
+Move UCI::to_move(const Position& pos, string& str) {
+
+  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()))
+          return m;
+
+  return MOVE_NONE;
+}
+
+} // namespace Stockfish