]> git.cworth.org Git - gzip/blob - trees.c
Imported Debian patch 1.3.5-10sarge1
[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 pad, 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. If pad is set, pads the block to the next
53  *          byte. Returns the total compressed length for the file so
54  *          far.
55  * */
56
57 #include <config.h>
58 #include <ctype.h>
59
60 #include "tailor.h"
61 #include "gzip.h"
62
63 #ifdef RCSID
64 static char rcsid[] = "$Id: trees.c,v 0.12 1993/06/10 13:27:54 jloup Exp $";
65 #endif
66
67 /* ===========================================================================
68  * Constants
69  */
70
71 #define MAX_BITS 15
72 /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
73
74 #define MAX_BL_BITS 7
75 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
76
77 #define LENGTH_CODES 29
78 /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
79
80 #define LITERALS  256
81 /* number of literal bytes 0..255 */
82
83 #define END_BLOCK 256
84 /* end of block literal code */
85
86 #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
87 /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
88
89 #define D_CODES   30
90 /* number of distance codes */
91
92 #define BL_CODES  19
93 /* number of codes used to transfer the bit lengths */
94
95
96 local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
97    = {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};
98
99 local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
100    = {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};
101
102 local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
103    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
104
105 #define STORED_BLOCK 0
106 #define STATIC_TREES 1
107 #define DYN_TREES    2
108 /* The three kinds of block type */
109
110 #ifndef LIT_BUFSIZE
111 #  ifdef SMALL_MEM
112 #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
113 #  else
114 #  ifdef MEDIUM_MEM
115 #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
116 #  else
117 #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
118 #  endif
119 #  endif
120 #endif
121 #ifndef DIST_BUFSIZE
122 #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
123 #endif
124 /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
125  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
126  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
127  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
128  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
129  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
130  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
131  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
132  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
133  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
134  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
135  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
136  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
137  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
138  *     more frequently.
139  *   - I can't count above 4
140  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
141  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
142  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
143  */
144 #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
145     error cannot overlay l_buf and inbuf
146 #endif
147
148 #define REP_3_6      16
149 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
150
151 #define REPZ_3_10    17
152 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
153
154 #define REPZ_11_138  18
155 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
156
157 /* ===========================================================================
158  * Local data
159  */
160
161 /* Data structure describing a single value and its code string. */
162 typedef struct ct_data {
163     union {
164         ush  freq;       /* frequency count */
165         ush  code;       /* bit string */
166     } fc;
167     union {
168         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
169         ush  len;        /* length of bit string */
170     } dl;
171 } ct_data;
172
173 #define Freq fc.freq
174 #define Code fc.code
175 #define Dad  dl.dad
176 #define Len  dl.len
177
178 #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
179 /* maximum heap size */
180
181 local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
182 local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
183
184 local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
185 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
186  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
187  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
188  * below).
189  */
190
191 local ct_data near static_dtree[D_CODES];
192 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
193  * 5 bits.)
194  */
195
196 local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
197 /* Huffman tree for the bit lengths */
198
199 typedef struct tree_desc {
200     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
201     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
202     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
203     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
204     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
205     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
206     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
207 } tree_desc;
208
209 local tree_desc near l_desc =
210 {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
211
212 local tree_desc near d_desc =
213 {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
214
215 local tree_desc near bl_desc =
216 {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
217
218
219 local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
220 /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
221
222 local uch near bl_order[BL_CODES]
223    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
224 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
225  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
226  */
227
228 local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
229 local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
230 local int heap_max;               /* element of largest frequency */
231 /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
232  * The same heap array is used to build all trees.
233  */
234
235 local uch near depth[2*L_CODES+1];
236 /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
237
238 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
239 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
240
241 local uch dist_code[512];
242 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
243  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
244  * the 15 bit distances.
245  */
246
247 local int near base_length[LENGTH_CODES];
248 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
249
250 local int near base_dist[D_CODES];
251 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
252
253 #define l_buf inbuf
254 /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
255
256 /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
257
258 local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
259 /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
260  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
261  */
262
263 local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
264 local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
265 local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
266 local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
267 local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
268 /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
269  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
270  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
271  */
272
273 local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
274 local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
275
276 local off_t compressed_len; /* total bit length of compressed file */
277
278 local off_t input_len;      /* total byte length of input file */
279 /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
280
281 ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
282 int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
283
284 #ifdef DEBUG
285 extern off_t bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
286 #endif
287
288 extern long block_start;       /* window offset of current block */
289 extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
290
291 /* ===========================================================================
292  * Local (static) routines in this file.
293  */
294
295 local void init_block     OF((void));
296 local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
297 local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
298 local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
299 local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
300 local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
301 local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
302 local int  build_bl_tree  OF((void));
303 local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
304 local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
305 local void set_file_type  OF((void));
306
307
308 #ifndef DEBUG
309 #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
310    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
311
312 #else /* DEBUG */
313 #  define send_code(c, tree) \
314      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
315        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
316 #endif
317
318 #define d_code(dist) \
319    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
320 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
321  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
322  * used.
323  */
324
325 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
326 /* the arguments must not have side effects */
327
328 /* ===========================================================================
329  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
330  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
331  * (DEFLATE/STORE).
332  */
333 void ct_init(attr, methodp)
334     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
335     int  *methodp; /* pointer to compression method */
336 {
337     int n;        /* iterates over tree elements */
338     int bits;     /* bit counter */
339     int length;   /* length value */
340     int code;     /* code value */
341     int dist;     /* distance index */
342
343     file_type = attr;
344     file_method = methodp;
345     compressed_len = input_len = 0L;
346         
347     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
348
349     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
350     length = 0;
351     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
352         base_length[code] = length;
353         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
354             length_code[length++] = (uch)code;
355         }
356     }
357     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
358     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
359      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
360      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
361      */
362     length_code[length-1] = (uch)code;
363
364     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
365     dist = 0;
366     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
367         base_dist[code] = dist;
368         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
369             dist_code[dist++] = (uch)code;
370         }
371     }
372     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
373     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
374     for ( ; code < D_CODES; code++) {
375         base_dist[code] = dist << 7;
376         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
377             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
378         }
379     }
380     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
381
382     /* Construct the codes of the static literal tree */
383     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
384     n = 0;
385     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
386     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
387     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
388     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
389     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
390      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
391      * all ones)
392      */
393     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
394
395     /* The static distance tree is trivial: */
396     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
397         static_dtree[n].Len = 5;
398         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
399     }
400
401     /* Initialize the first block of the first file: */
402     init_block();
403 }
404
405 /* ===========================================================================
406  * Initialize a new block.
407  */
408 local void init_block()
409 {
410     int n; /* iterates over tree elements */
411
412     /* Initialize the trees. */
413     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
414     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
415     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
416
417     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
418     opt_len = static_len = 0L;
419     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
420     flags = 0; flag_bit = 1;
421 }
422
423 #define SMALLEST 1
424 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
425
426
427 /* ===========================================================================
428  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
429  * one less element. Updates heap and heap_len.
430  */
431 #define pqremove(tree, top) \
432 {\
433     top = heap[SMALLEST]; \
434     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
435     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
436 }
437
438 /* ===========================================================================
439  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
440  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
441  */
442 #define smaller(tree, n, m) \
443    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
444    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
445
446 /* ===========================================================================
447  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
448  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
449  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
450  * two sons).
451  */
452 local void pqdownheap(tree, k)
453     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
454     int k;               /* node to move down */
455 {
456     int v = heap[k];
457     int j = k << 1;  /* left son of k */
458     while (j <= heap_len) {
459         /* Set j to the smallest of the two sons: */
460         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
461
462         /* Exit if v is smaller than both sons */
463         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
464
465         /* Exchange v with the smallest son */
466         heap[k] = heap[j];  k = j;
467
468         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
469         j <<= 1;
470     }
471     heap[k] = v;
472 }
473
474 /* ===========================================================================
475  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
476  * for the current block.
477  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
478  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
479  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
480  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
481  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
482  *     not null.
483  */
484 local void gen_bitlen(desc)
485     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
486 {
487     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
488     int near *extra     = desc->extra_bits;
489     int base            = desc->extra_base;
490     int max_code        = desc->max_code;
491     int max_length      = desc->max_length;
492     ct_data near *stree = desc->static_tree;
493     int h;              /* heap index */
494     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
495     int bits;           /* bit length */
496     int xbits;          /* extra bits */
497     ush f;              /* frequency */
498     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
499
500     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
501
502     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
503      * overflow in the case of the bit length tree).
504      */
505     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
506
507     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
508         n = heap[h];
509         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
510         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
511         tree[n].Len = (ush)bits;
512         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
513
514         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
515
516         bl_count[bits]++;
517         xbits = 0;
518         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
519         f = tree[n].Freq;
520         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
521         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
522     }
523     if (overflow == 0) return;
524
525     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
526     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
527
528     /* Find the first bit length which could increase: */
529     do {
530         bits = max_length-1;
531         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
532         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
533         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
534         bl_count[max_length]--;
535         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
536          * but this does not affect bl_count[max_length]
537          */
538         overflow -= 2;
539     } while (overflow > 0);
540
541     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
542      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
543      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
544      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
545      */
546     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
547         n = bl_count[bits];
548         while (n != 0) {
549             m = heap[--h];
550             if (m > max_code) continue;
551             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
552                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
553                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
554                 tree[m].Len = (ush)bits;
555             }
556             n--;
557         }
558     }
559 }
560
561 /* ===========================================================================
562  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
563  * optimal).
564  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
565  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
566  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
567  *     zero code length.
568  */
569 local void gen_codes (tree, max_code)
570     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
571     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
572 {
573     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
574     ush code = 0;              /* running code value */
575     int bits;                  /* bit index */
576     int n;                     /* code index */
577
578     /* The distribution counts are first used to generate the code values
579      * without bit reversal.
580      */
581     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
582         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
583     }
584     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
585      * must be all ones.
586      */
587     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
588             "inconsistent bit counts");
589     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
590
591     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
592         int len = tree[n].Len;
593         if (len == 0) continue;
594         /* Now reverse the bits */
595         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
596
597         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
598              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
599     }
600 }
601
602 /* ===========================================================================
603  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
604  * Update the total bit length for the current block.
605  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
606  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
607  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
608  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
609  */
610 local void build_tree(desc)
611     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
612 {
613     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
614     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
615     int elems            = desc->elems;
616     int n, m;          /* iterate over heap elements */
617     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
618     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
619
620     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
621      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
622      * heap[0] is not used.
623      */
624     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
625
626     for (n = 0; n < elems; n++) {
627         if (tree[n].Freq != 0) {
628             heap[++heap_len] = max_code = n;
629             depth[n] = 0;
630         } else {
631             tree[n].Len = 0;
632         }
633     }
634
635     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
636      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
637      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
638      * two codes of non zero frequency.
639      */
640     while (heap_len < 2) {
641         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
642         tree[new].Freq = 1;
643         depth[new] = 0;
644         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
645         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
646     }
647     desc->max_code = max_code;
648
649     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
650      * establish sub-heaps of increasing lengths:
651      */
652     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
653
654     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
655      * frequent nodes.
656      */
657     do {
658         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
659         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
660
661         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
662         heap[--heap_max] = m;
663
664         /* Create a new node father of n and m */
665         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
666         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
667         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
668 #ifdef DUMP_BL_TREE
669         if (tree == bl_tree) {
670             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
671                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
672         }
673 #endif
674         /* and insert the new node in the heap */
675         heap[SMALLEST] = node++;
676         pqdownheap(tree, SMALLEST);
677
678     } while (heap_len >= 2);
679
680     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
681
682     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
683      * generate the bit lengths.
684      */
685     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
686
687     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
688     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
689 }
690
691 /* ===========================================================================
692  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
693  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
694  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
695  * during the construction of bl_tree.)
696  */
697 local void scan_tree (tree, max_code)
698     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
699     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
700 {
701     int n;                     /* iterates over all tree elements */
702     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
703     int curlen;                /* length of current code */
704     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
705     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
706     int max_count = 7;         /* max repeat count */
707     int min_count = 4;         /* min repeat count */
708
709     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
710     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
711
712     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
713         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
714         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
715             continue;
716         } else if (count < min_count) {
717             bl_tree[curlen].Freq += count;
718         } else if (curlen != 0) {
719             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
720             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
721         } else if (count <= 10) {
722             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
723         } else {
724             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
725         }
726         count = 0; prevlen = curlen;
727         if (nextlen == 0) {
728             max_count = 138, min_count = 3;
729         } else if (curlen == nextlen) {
730             max_count = 6, min_count = 3;
731         } else {
732             max_count = 7, min_count = 4;
733         }
734     }
735 }
736
737 /* ===========================================================================
738  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
739  * bl_tree.
740  */
741 local void send_tree (tree, max_code)
742     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
743     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
744 {
745     int n;                     /* iterates over all tree elements */
746     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
747     int curlen;                /* length of current code */
748     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
749     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
750     int max_count = 7;         /* max repeat count */
751     int min_count = 4;         /* min repeat count */
752
753     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
754     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
755
756     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
757         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
758         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
759             continue;
760         } else if (count < min_count) {
761             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
762
763         } else if (curlen != 0) {
764             if (curlen != prevlen) {
765                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
766             }
767             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
768             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
769
770         } else if (count <= 10) {
771             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
772
773         } else {
774             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
775         }
776         count = 0; prevlen = curlen;
777         if (nextlen == 0) {
778             max_count = 138, min_count = 3;
779         } else if (curlen == nextlen) {
780             max_count = 6, min_count = 3;
781         } else {
782             max_count = 7, min_count = 4;
783         }
784     }
785 }
786
787 /* ===========================================================================
788  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
789  * bl_order of the last bit length code to send.
790  */
791 local int build_bl_tree()
792 {
793     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
794
795     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
796     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
797     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
798
799     /* Build the bit length tree: */
800     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
801     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
802      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
803      */
804
805     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
806      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
807      * 3 but the actual value used is 4.)
808      */
809     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
810         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
811     }
812     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
813     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
814     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
815
816     return max_blindex;
817 }
818
819 /* ===========================================================================
820  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
821  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
822  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
823  */
824 local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
825     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
826 {
827     int rank;                    /* index in bl_order */
828
829     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
830     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
831             "too many codes");
832     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
833     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
834     send_bits(dcodes-1,   5);
835     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
836     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
837         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
838         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
839     }
840
841     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
842
843     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
844 }
845
846 /* ===========================================================================
847  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
848  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
849  * returns the total compressed length for the file so far.
850  */
851 off_t flush_block(buf, stored_len, pad, eof)
852     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
853     ulg stored_len;   /* length of input block */
854     int pad;          /* pad output to byte boundary */
855     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
856 {
857     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
858     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
859
860     flag_buf[last_flags] = flags; /* Save the flags for the last 8 items */
861
862      /* Check if the file is ascii or binary */
863     if (*file_type == (ush)UNKNOWN) set_file_type();
864
865     /* Construct the literal and distance trees */
866     build_tree((tree_desc near *)(&l_desc));
867     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
868
869     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
870     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
871     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
872      * the compressed block data, excluding the tree representations.
873      */
874
875     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
876      * in bl_order of the last bit length code to send.
877      */
878     max_blindex = build_bl_tree();
879
880     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
881     opt_lenb = (opt_len+3+7)>>3;
882     static_lenb = (static_len+3+7)>>3;
883     input_len += stored_len; /* for debugging only */
884
885     Trace((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u dist %u ",
886             opt_lenb, opt_len, static_lenb, static_len, stored_len,
887             last_lit, last_dist));
888
889     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
890
891     /* If compression failed and this is the first and last block,
892      * and if the zip file can be seeked (to rewrite the local header),
893      * the whole file is transformed into a stored file:
894      */
895 #ifdef FORCE_METHOD
896     if (level == 1 && eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
897 #else
898     if (stored_len <= opt_lenb && eof && compressed_len == 0L && seekable()) {
899 #endif
900         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
901         if (buf == (char*)0) error ("block vanished");
902
903         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
904         compressed_len = stored_len << 3;
905         *file_method = STORED;
906
907 #ifdef FORCE_METHOD
908     } else if (level == 2 && buf != (char*)0) { /* force stored block */
909 #else
910     } else if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
911                        /* 4: two words for the lengths */
912 #endif
913         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
914          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
915          * the last block flush, because compression would have been
916          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
917          * transform a block into a stored block.
918          */
919         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
920         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
921         compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
922
923         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
924
925 #ifdef FORCE_METHOD
926     } else if (level == 3) { /* force static trees */
927 #else
928     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
929 #endif
930         send_bits((STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
931         compress_block((ct_data near *)static_ltree, (ct_data near *)static_dtree);
932         compressed_len += 3 + static_len;
933     } else {
934         send_bits((DYN_TREES<<1)+eof, 3);
935         send_all_trees(l_desc.max_code+1, d_desc.max_code+1, max_blindex+1);
936         compress_block((ct_data near *)dyn_ltree, (ct_data near *)dyn_dtree);
937         compressed_len += 3 + opt_len;
938     }
939     Assert (compressed_len == bits_sent, "bad compressed size");
940     init_block();
941
942     if (eof) {
943         Assert (input_len == bytes_in, "bad input size");
944         bi_windup();
945         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
946     } else if (pad && (compressed_len % 8) != 0) {
947         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
948         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
949         copy_block(buf, 0, 1); /* with header */
950     }
951
952     return compressed_len >> 3;
953 }
954
955 /* ===========================================================================
956  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
957  * the current block must be flushed.
958  */
959 int ct_tally (dist, lc)
960     int dist;  /* distance of matched string */
961     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
962 {
963     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
964     if (dist == 0) {
965         /* lc is the unmatched char */
966         dyn_ltree[lc].Freq++;
967     } else {
968         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
969         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
970         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
971                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
972                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
973
974         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
975         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
976
977         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
978         flags |= flag_bit;
979     }
980     flag_bit <<= 1;
981
982     /* Output the flags if they fill a byte: */
983     if ((last_lit & 7) == 0) {
984         flag_buf[last_flags++] = flags;
985         flags = 0, flag_bit = 1;
986     }
987     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
988     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
989         /* Compute an upper bound for the compressed length */
990         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
991         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
992         int dcode;
993         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
994             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
995         }
996         out_length >>= 3;
997         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
998                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
999                100L - out_length*100L/in_length));
1000         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
1001     }
1002     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
1003     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
1004      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
1005      * 64K-1 bytes.
1006      */
1007 }
1008
1009 /* ===========================================================================
1010  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1011  */
1012 local void compress_block(ltree, dtree)
1013     ct_data near *ltree; /* literal tree */
1014     ct_data near *dtree; /* distance tree */
1015 {
1016     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1017     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1018     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1019     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
1020     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
1021     uch flag = 0;       /* current flags */
1022     unsigned code;      /* the code to send */
1023     int extra;          /* number of extra bits to send */
1024
1025     if (last_lit != 0) do {
1026         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
1027         lc = l_buf[lx++];
1028         if ((flag & 1) == 0) {
1029             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
1030             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1031         } else {
1032             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1033             code = length_code[lc];
1034             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1035             extra = extra_lbits[code];
1036             if (extra != 0) {
1037                 lc -= base_length[code];
1038                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
1039             }
1040             dist = d_buf[dx++];
1041             /* Here, dist is the match distance - 1 */
1042             code = d_code(dist);
1043             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1044
1045             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
1046             extra = extra_dbits[code];
1047             if (extra != 0) {
1048                 dist -= base_dist[code];
1049                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1050             }
1051         } /* literal or match pair ? */
1052         flag >>= 1;
1053     } while (lx < last_lit);
1054
1055     send_code(END_BLOCK, ltree);
1056 }
1057
1058 /* ===========================================================================
1059  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1060  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1061  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1062  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1063  */
1064 local void set_file_type()
1065 {
1066     int n = 0;
1067     unsigned ascii_freq = 0;
1068     unsigned bin_freq = 0;
1069     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1070     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1071     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1072     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
1073     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
1074         warning ("-l used on binary file");
1075     }
1076 }