]> git.cworth.org Git - gzip/blob - trees.c
Imported Upstream version 1.3.2
[gzip] / trees.c
1 /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
2  * Copyright (C) 1992-1993 Jean-loup Gailly
3  * This is free software; you can redistribute it and/or modify it under the
4  * terms of the GNU General Public License, see the file COPYING.
5  */
6
7 /*
8  *  PURPOSE
9  *
10  *      Encode various sets of source values using variable-length
11  *      binary code trees.
12  *
13  *  DISCUSSION
14  *
15  *      The PKZIP "deflation" process uses several Huffman trees. The more
16  *      common source values are represented by shorter bit sequences.
17  *
18  *      Each code tree is stored in the ZIP file in a compressed form
19  *      which is itself a Huffman encoding of the lengths of
20  *      all the code strings (in ascending order by source values).
21  *      The actual code strings are reconstructed from the lengths in
22  *      the UNZIP process, as described in the "application note"
23  *      (APPNOTE.TXT) distributed as part of PKWARE's PKZIP program.
24  *
25  *  REFERENCES
26  *
27  *      Lynch, Thomas J.
28  *          Data Compression:  Techniques and Applications, pp. 53-55.
29  *          Lifetime Learning Publications, 1985.  ISBN 0-534-03418-7.
30  *
31  *      Storer, James A.
32  *          Data Compression:  Methods and Theory, pp. 49-50.
33  *          Computer Science Press, 1988.  ISBN 0-7167-8156-5.
34  *
35  *      Sedgewick, R.
36  *          Algorithms, p290.
37  *          Addison-Wesley, 1983. ISBN 0-201-06672-6.
38  *
39  *  INTERFACE
40  *
41  *      void ct_init (ush *attr, int *methodp)
42  *          Allocate the match buffer, initialize the various tables and save
43  *          the location of the internal file attribute (ascii/binary) and
44  *          method (DEFLATE/STORE)
45  *
46  *      void ct_tally (int dist, int lc);
47  *          Save the match info and tally the frequency counts.
48  *
49  *      off_t flush_block (char *buf, ulg stored_len, int eof)
50  *          Determine the best encoding for the current block: dynamic trees,
51  *          static trees or store, and output the encoded block to the zip
52  *          file. Returns the total compressed length for the file so far.
53  *
54  */
55
56 #include <config.h>
57 #include <ctype.h>
58
59 #include "tailor.h"
60 #include "gzip.h"
61
62 #ifdef RCSID
63 static char rcsid[] = "$Id: trees.c,v 0.12 1993/06/10 13:27:54 jloup Exp $";
64 #endif
65
66 /* ===========================================================================
67  * Constants
68  */
69
70 #define MAX_BITS 15
71 /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
72
73 #define MAX_BL_BITS 7
74 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
75
76 #define LENGTH_CODES 29
77 /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
78
79 #define LITERALS  256
80 /* number of literal bytes 0..255 */
81
82 #define END_BLOCK 256
83 /* end of block literal code */
84
85 #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
86 /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
87
88 #define D_CODES   30
89 /* number of distance codes */
90
91 #define BL_CODES  19
92 /* number of codes used to transfer the bit lengths */
93
94
95 local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
96    = {0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,5,5,5,5,0};
97
98 local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
99    = {0,0,0,0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13};
100
101 local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
102    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
103
104 #define STORED_BLOCK 0
105 #define STATIC_TREES 1
106 #define DYN_TREES    2
107 /* The three kinds of block type */
108
109 #ifndef LIT_BUFSIZE
110 #  ifdef SMALL_MEM
111 #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
112 #  else
113 #  ifdef MEDIUM_MEM
114 #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
115 #  else
116 #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
117 #  endif
118 #  endif
119 #endif
120 #ifndef DIST_BUFSIZE
121 #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
122 #endif
123 /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
124  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
125  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
126  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
127  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
128  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
129  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
130  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
131  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
132  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
133  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
134  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
135  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
136  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
137  *     more frequently.
138  *   - I can't count above 4
139  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
140  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
141  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
142  */
143 #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
144     error cannot overlay l_buf and inbuf
145 #endif
146
147 #define REP_3_6      16
148 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
149
150 #define REPZ_3_10    17
151 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
152
153 #define REPZ_11_138  18
154 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
155
156 /* ===========================================================================
157  * Local data
158  */
159
160 /* Data structure describing a single value and its code string. */
161 typedef struct ct_data {
162     union {
163         ush  freq;       /* frequency count */
164         ush  code;       /* bit string */
165     } fc;
166     union {
167         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
168         ush  len;        /* length of bit string */
169     } dl;
170 } ct_data;
171
172 #define Freq fc.freq
173 #define Code fc.code
174 #define Dad  dl.dad
175 #define Len  dl.len
176
177 #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
178 /* maximum heap size */
179
180 local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
181 local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
182
183 local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
184 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
185  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
186  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
187  * below).
188  */
189
190 local ct_data near static_dtree[D_CODES];
191 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
192  * 5 bits.)
193  */
194
195 local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
196 /* Huffman tree for the bit lengths */
197
198 typedef struct tree_desc {
199     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
200     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
201     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
202     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
203     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
204     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
205     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
206 } tree_desc;
207
208 local tree_desc near l_desc =
209 {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
210
211 local tree_desc near d_desc =
212 {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
213
214 local tree_desc near bl_desc =
215 {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
216
217
218 local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
219 /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
220
221 local uch near bl_order[BL_CODES]
222    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
223 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
224  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
225  */
226
227 local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
228 local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
229 local int heap_max;               /* element of largest frequency */
230 /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
231  * The same heap array is used to build all trees.
232  */
233
234 local uch near depth[2*L_CODES+1];
235 /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
236
237 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
238 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
239
240 local uch dist_code[512];
241 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
242  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
243  * the 15 bit distances.
244  */
245
246 local int near base_length[LENGTH_CODES];
247 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
248
249 local int near base_dist[D_CODES];
250 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
251
252 #define l_buf inbuf
253 /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
254
255 /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
256
257 local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
258 /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
259  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
260  */
261
262 local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
263 local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
264 local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
265 local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
266 local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
267 /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
268  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
269  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
270  */
271
272 local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
273 local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
274
275 local off_t compressed_len; /* total bit length of compressed file */
276
277 local off_t input_len;      /* total byte length of input file */
278 /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
279
280 ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
281 int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
282
283 #ifdef DEBUG
284 extern off_t bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
285 #endif
286
287 extern long block_start;       /* window offset of current block */
288 extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
289
290 /* ===========================================================================
291  * Local (static) routines in this file.
292  */
293
294 local void init_block     OF((void));
295 local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
296 local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
297 local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
298 local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
299 local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
300 local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
301 local int  build_bl_tree  OF((void));
302 local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
303 local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
304 local void set_file_type  OF((void));
305
306
307 #ifndef DEBUG
308 #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
309    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
310
311 #else /* DEBUG */
312 #  define send_code(c, tree) \
313      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
314        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
315 #endif
316
317 #define d_code(dist) \
318    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
319 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
320  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
321  * used.
322  */
323
324 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
325 /* the arguments must not have side effects */
326
327 /* ===========================================================================
328  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
329  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
330  * (DEFLATE/STORE).
331  */
332 void ct_init(attr, methodp)
333     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
334     int  *methodp; /* pointer to compression method */
335 {
336     int n;        /* iterates over tree elements */
337     int bits;     /* bit counter */
338     int length;   /* length value */
339     int code;     /* code value */
340     int dist;     /* distance index */
341
342     file_type = attr;
343     file_method = methodp;
344     compressed_len = input_len = 0L;
345         
346     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
347
348     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
349     length = 0;
350     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
351         base_length[code] = length;
352         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
353             length_code[length++] = (uch)code;
354         }
355     }
356     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
357     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
358      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
359      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
360      */
361     length_code[length-1] = (uch)code;
362
363     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
364     dist = 0;
365     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
366         base_dist[code] = dist;
367         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
368             dist_code[dist++] = (uch)code;
369         }
370     }
371     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
372     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
373     for ( ; code < D_CODES; code++) {
374         base_dist[code] = dist << 7;
375         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
376             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
377         }
378     }
379     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
380
381     /* Construct the codes of the static literal tree */
382     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
383     n = 0;
384     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
385     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
386     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
387     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
388     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
389      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
390      * all ones)
391      */
392     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
393
394     /* The static distance tree is trivial: */
395     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
396         static_dtree[n].Len = 5;
397         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
398     }
399
400     /* Initialize the first block of the first file: */
401     init_block();
402 }
403
404 /* ===========================================================================
405  * Initialize a new block.
406  */
407 local void init_block()
408 {
409     int n; /* iterates over tree elements */
410
411     /* Initialize the trees. */
412     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
413     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
414     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
415
416     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
417     opt_len = static_len = 0L;
418     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
419     flags = 0; flag_bit = 1;
420 }
421
422 #define SMALLEST 1
423 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
424
425
426 /* ===========================================================================
427  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
428  * one less element. Updates heap and heap_len.
429  */
430 #define pqremove(tree, top) \
431 {\
432     top = heap[SMALLEST]; \
433     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
434     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
435 }
436
437 /* ===========================================================================
438  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
439  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
440  */
441 #define smaller(tree, n, m) \
442    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
443    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
444
445 /* ===========================================================================
446  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
447  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
448  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
449  * two sons).
450  */
451 local void pqdownheap(tree, k)
452     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
453     int k;               /* node to move down */
454 {
455     int v = heap[k];
456     int j = k << 1;  /* left son of k */
457     while (j <= heap_len) {
458         /* Set j to the smallest of the two sons: */
459         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
460
461         /* Exit if v is smaller than both sons */
462         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
463
464         /* Exchange v with the smallest son */
465         heap[k] = heap[j];  k = j;
466
467         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
468         j <<= 1;
469     }
470     heap[k] = v;
471 }
472
473 /* ===========================================================================
474  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
475  * for the current block.
476  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
477  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
478  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
479  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
480  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
481  *     not null.
482  */
483 local void gen_bitlen(desc)
484     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
485 {
486     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
487     int near *extra     = desc->extra_bits;
488     int base            = desc->extra_base;
489     int max_code        = desc->max_code;
490     int max_length      = desc->max_length;
491     ct_data near *stree = desc->static_tree;
492     int h;              /* heap index */
493     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
494     int bits;           /* bit length */
495     int xbits;          /* extra bits */
496     ush f;              /* frequency */
497     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
498
499     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
500
501     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
502      * overflow in the case of the bit length tree).
503      */
504     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
505
506     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
507         n = heap[h];
508         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
509         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
510         tree[n].Len = (ush)bits;
511         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
512
513         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
514
515         bl_count[bits]++;
516         xbits = 0;
517         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
518         f = tree[n].Freq;
519         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
520         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
521     }
522     if (overflow == 0) return;
523
524     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
525     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
526
527     /* Find the first bit length which could increase: */
528     do {
529         bits = max_length-1;
530         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
531         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
532         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
533         bl_count[max_length]--;
534         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
535          * but this does not affect bl_count[max_length]
536          */
537         overflow -= 2;
538     } while (overflow > 0);
539
540     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
541      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
542      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
543      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
544      */
545     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
546         n = bl_count[bits];
547         while (n != 0) {
548             m = heap[--h];
549             if (m > max_code) continue;
550             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
551                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
552                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
553                 tree[m].Len = (ush)bits;
554             }
555             n--;
556         }
557     }
558 }
559
560 /* ===========================================================================
561  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
562  * optimal).
563  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
564  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
565  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
566  *     zero code length.
567  */
568 local void gen_codes (tree, max_code)
569     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
570     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
571 {
572     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
573     ush code = 0;              /* running code value */
574     int bits;                  /* bit index */
575     int n;                     /* code index */
576
577     /* The distribution counts are first used to generate the code values
578      * without bit reversal.
579      */
580     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
581         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
582     }
583     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
584      * must be all ones.
585      */
586     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
587             "inconsistent bit counts");
588     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
589
590     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
591         int len = tree[n].Len;
592         if (len == 0) continue;
593         /* Now reverse the bits */
594         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
595
596         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
597              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
598     }
599 }
600
601 /* ===========================================================================
602  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
603  * Update the total bit length for the current block.
604  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
605  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
606  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
607  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
608  */
609 local void build_tree(desc)
610     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
611 {
612     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
613     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
614     int elems            = desc->elems;
615     int n, m;          /* iterate over heap elements */
616     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
617     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
618
619     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
620      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
621      * heap[0] is not used.
622      */
623     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
624
625     for (n = 0; n < elems; n++) {
626         if (tree[n].Freq != 0) {
627             heap[++heap_len] = max_code = n;
628             depth[n] = 0;
629         } else {
630             tree[n].Len = 0;
631         }
632     }
633
634     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
635      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
636      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
637      * two codes of non zero frequency.
638      */
639     while (heap_len < 2) {
640         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
641         tree[new].Freq = 1;
642         depth[new] = 0;
643         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
644         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
645     }
646     desc->max_code = max_code;
647
648     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
649      * establish sub-heaps of increasing lengths:
650      */
651     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
652
653     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
654      * frequent nodes.
655      */
656     do {
657         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
658         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
659
660         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
661         heap[--heap_max] = m;
662
663         /* Create a new node father of n and m */
664         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
665         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
666         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
667 #ifdef DUMP_BL_TREE
668         if (tree == bl_tree) {
669             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
670                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
671         }
672 #endif
673         /* and insert the new node in the heap */
674         heap[SMALLEST] = node++;
675         pqdownheap(tree, SMALLEST);
676
677     } while (heap_len >= 2);
678
679     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
680
681     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
682      * generate the bit lengths.
683      */
684     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
685
686     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
687     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
688 }
689
690 /* ===========================================================================
691  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
692  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
693  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
694  * during the construction of bl_tree.)
695  */
696 local void scan_tree (tree, max_code)
697     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
698     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
699 {
700     int n;                     /* iterates over all tree elements */
701     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
702     int curlen;                /* length of current code */
703     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
704     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
705     int max_count = 7;         /* max repeat count */
706     int min_count = 4;         /* min repeat count */
707
708     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
709     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
710
711     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
712         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
713         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
714             continue;
715         } else if (count < min_count) {
716             bl_tree[curlen].Freq += count;
717         } else if (curlen != 0) {
718             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
719             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
720         } else if (count <= 10) {
721             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
722         } else {
723             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
724         }
725         count = 0; prevlen = curlen;
726         if (nextlen == 0) {
727             max_count = 138, min_count = 3;
728         } else if (curlen == nextlen) {
729             max_count = 6, min_count = 3;
730         } else {
731             max_count = 7, min_count = 4;
732         }
733     }
734 }
735
736 /* ===========================================================================
737  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
738  * bl_tree.
739  */
740 local void send_tree (tree, max_code)
741     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
742     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
743 {
744     int n;                     /* iterates over all tree elements */
745     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
746     int curlen;                /* length of current code */
747     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
748     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
749     int max_count = 7;         /* max repeat count */
750     int min_count = 4;         /* min repeat count */
751
752     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
753     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
754
755     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
756         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
757         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
758             continue;
759         } else if (count < min_count) {
760             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
761
762         } else if (curlen != 0) {
763             if (curlen != prevlen) {
764                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
765             }
766             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
767             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
768
769         } else if (count <= 10) {
770             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
771
772         } else {
773             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
774         }
775         count = 0; prevlen = curlen;
776         if (nextlen == 0) {
777             max_count = 138, min_count = 3;
778         } else if (curlen == nextlen) {
779             max_count = 6, min_count = 3;
780         } else {
781             max_count = 7, min_count = 4;
782         }
783     }
784 }
785
786 /* ===========================================================================
787  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
788  * bl_order of the last bit length code to send.
789  */
790 local int build_bl_tree()
791 {
792     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
793
794     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
795     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
796     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
797
798     /* Build the bit length tree: */
799     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
800     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
801      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
802      */
803
804     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
805      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
806      * 3 but the actual value used is 4.)
807      */
808     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
809         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
810     }
811     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
812     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
813     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
814
815     return max_blindex;
816 }
817
818 /* ===========================================================================
819  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
820  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
821  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
822  */
823 local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
824     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
825 {
826     int rank;                    /* index in bl_order */
827
828     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
829     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
830             "too many codes");
831     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
832     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
833     send_bits(dcodes-1,   5);
834     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
835     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
836         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
837         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
838     }
839
840     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
841
842     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
843 }
844
845 /* ===========================================================================
846  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
847  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
848  * returns the total compressed length for the file so far.
849  */
850 off_t flush_block(buf, stored_len, eof)
851     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
852     ulg stored_len;   /* length of input block */
853     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
854 {
855     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
856     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
857
858     flag_buf[last_flags] = flags; /* Save the flags for the last 8 items */
859
860      /* Check if the file is ascii or binary */
861     if (*file_type == (ush)UNKNOWN) set_file_type();
862
863     /* Construct the literal and distance trees */
864     build_tree((tree_desc near *)(&l_desc));
865     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
866
867     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
868     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
869     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
870      * the compressed block data, excluding the tree representations.
871      */
872
873     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
874      * in bl_order of the last bit length code to send.
875      */
876     max_blindex = build_bl_tree();
877
878     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
879     opt_lenb = (opt_len+3+7)>>3;
880     static_lenb = (static_len+3+7)>>3;
881     input_len += stored_len; /* for debugging only */
882
883     Trace((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u dist %u ",
884             opt_lenb, opt_len, static_lenb, static_len, stored_len,
885             last_lit, last_dist));
886
887     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
888
889     /* If compression failed and this is the first and last block,
890      * and if the zip file can be seeked (to rewrite the local header),
891      * the whole file is transformed into a stored file:
892      */
893 #ifdef FORCE_METHOD
894     if (level == 1 && eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
895 #else
896     if (stored_len <= opt_lenb && eof && compressed_len == 0L && seekable()) {
897 #endif
898         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
899         if (buf == (char*)0) error ("block vanished");
900
901         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
902         compressed_len = stored_len << 3;
903         *file_method = STORED;
904
905 #ifdef FORCE_METHOD
906     } else if (level == 2 && buf != (char*)0) { /* force stored block */
907 #else
908     } else if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
909                        /* 4: two words for the lengths */
910 #endif
911         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
912          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
913          * the last block flush, because compression would have been
914          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
915          * transform a block into a stored block.
916          */
917         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
918         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
919         compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
920
921         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
922
923 #ifdef FORCE_METHOD
924     } else if (level == 3) { /* force static trees */
925 #else
926     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
927 #endif
928         send_bits((STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
929         compress_block((ct_data near *)static_ltree, (ct_data near *)static_dtree);
930         compressed_len += 3 + static_len;
931     } else {
932         send_bits((DYN_TREES<<1)+eof, 3);
933         send_all_trees(l_desc.max_code+1, d_desc.max_code+1, max_blindex+1);
934         compress_block((ct_data near *)dyn_ltree, (ct_data near *)dyn_dtree);
935         compressed_len += 3 + opt_len;
936     }
937     Assert (compressed_len == bits_sent, "bad compressed size");
938     init_block();
939
940     if (eof) {
941         Assert (input_len == bytes_in, "bad input size");
942         bi_windup();
943         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
944     }
945
946     return compressed_len >> 3;
947 }
948
949 /* ===========================================================================
950  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
951  * the current block must be flushed.
952  */
953 int ct_tally (dist, lc)
954     int dist;  /* distance of matched string */
955     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
956 {
957     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
958     if (dist == 0) {
959         /* lc is the unmatched char */
960         dyn_ltree[lc].Freq++;
961     } else {
962         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
963         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
964         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
965                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
966                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
967
968         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
969         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
970
971         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
972         flags |= flag_bit;
973     }
974     flag_bit <<= 1;
975
976     /* Output the flags if they fill a byte: */
977     if ((last_lit & 7) == 0) {
978         flag_buf[last_flags++] = flags;
979         flags = 0, flag_bit = 1;
980     }
981     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
982     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
983         /* Compute an upper bound for the compressed length */
984         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
985         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
986         int dcode;
987         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
988             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
989         }
990         out_length >>= 3;
991         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
992                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
993                100L - out_length*100L/in_length));
994         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
995     }
996     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
997     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
998      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
999      * 64K-1 bytes.
1000      */
1001 }
1002
1003 /* ===========================================================================
1004  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1005  */
1006 local void compress_block(ltree, dtree)
1007     ct_data near *ltree; /* literal tree */
1008     ct_data near *dtree; /* distance tree */
1009 {
1010     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1011     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1012     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1013     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
1014     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
1015     uch flag = 0;       /* current flags */
1016     unsigned code;      /* the code to send */
1017     int extra;          /* number of extra bits to send */
1018
1019     if (last_lit != 0) do {
1020         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
1021         lc = l_buf[lx++];
1022         if ((flag & 1) == 0) {
1023             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
1024             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1025         } else {
1026             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1027             code = length_code[lc];
1028             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1029             extra = extra_lbits[code];
1030             if (extra != 0) {
1031                 lc -= base_length[code];
1032                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
1033             }
1034             dist = d_buf[dx++];
1035             /* Here, dist is the match distance - 1 */
1036             code = d_code(dist);
1037             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1038
1039             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
1040             extra = extra_dbits[code];
1041             if (extra != 0) {
1042                 dist -= base_dist[code];
1043                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1044             }
1045         } /* literal or match pair ? */
1046         flag >>= 1;
1047     } while (lx < last_lit);
1048
1049     send_code(END_BLOCK, ltree);
1050 }
1051
1052 /* ===========================================================================
1053  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1054  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1055  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1056  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1057  */
1058 local void set_file_type()
1059 {
1060     int n = 0;
1061     unsigned ascii_freq = 0;
1062     unsigned bin_freq = 0;
1063     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1064     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1065     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1066     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
1067     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
1068         warning ("-l used on binary file");
1069     }
1070 }