Add the DragonFly cvs id and perform general cleanups on cvs/rcs/sccs ids. Most
[dragonfly.git] / gnu / usr.bin / 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  * $FreeBSD: src/gnu/usr.bin/gzip/trees.c,v 1.9 1999/08/27 23:35:53 peter Exp $
7  * $DragonFly: src/gnu/usr.bin/gzip/Attic/trees.c,v 1.2 2003/06/17 04:25:46 dillon Exp $
8  */
9
10 /*
11  *  PURPOSE
12  *
13  *      Encode various sets of source values using variable-length
14  *      binary code trees.
15  *
16  *  DISCUSSION
17  *
18  *      The PKZIP "deflation" process uses several Huffman trees. The more
19  *      common source values are represented by shorter bit sequences.
20  *
21  *      Each code tree is stored in the ZIP file in a compressed form
22  *      which is itself a Huffman encoding of the lengths of
23  *      all the code strings (in ascending order by source values).
24  *      The actual code strings are reconstructed from the lengths in
25  *      the UNZIP process, as described in the "application note"
26  *      (APPNOTE.TXT) distributed as part of PKWARE's PKZIP program.
27  *
28  *  REFERENCES
29  *
30  *      Lynch, Thomas J.
31  *          Data Compression:  Techniques and Applications, pp. 53-55.
32  *          Lifetime Learning Publications, 1985.  ISBN 0-534-03418-7.
33  *
34  *      Storer, James A.
35  *          Data Compression:  Methods and Theory, pp. 49-50.
36  *          Computer Science Press, 1988.  ISBN 0-7167-8156-5.
37  *
38  *      Sedgewick, R.
39  *          Algorithms, p290.
40  *          Addison-Wesley, 1983. ISBN 0-201-06672-6.
41  *
42  *  INTERFACE
43  *
44  *      void ct_init (ush *attr, int *methodp)
45  *          Allocate the match buffer, initialize the various tables and save
46  *          the location of the internal file attribute (ascii/binary) and
47  *          method (DEFLATE/STORE)
48  *
49  *      void ct_tally (int dist, int lc);
50  *          Save the match info and tally the frequency counts.
51  *
52  *      long flush_block (char *buf, ulg stored_len, int eof)
53  *          Determine the best encoding for the current block: dynamic trees,
54  *          static trees or store, and output the encoded block to the zip
55  *          file. Returns the total compressed length for the file so far.
56  *
57  */
58
59 #include <ctype.h>
60
61 #include "tailor.h"
62 #include "gzip.h"
63
64 /* ===========================================================================
65  * Constants
66  */
67
68 #define MAX_BITS 15
69 /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
70
71 #define MAX_BL_BITS 7
72 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
73
74 #define LENGTH_CODES 29
75 /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
76
77 #define LITERALS  256
78 /* number of literal bytes 0..255 */
79
80 #define END_BLOCK 256
81 /* end of block literal code */
82
83 #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
84 /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
85
86 #define D_CODES   30
87 /* number of distance codes */
88
89 #define BL_CODES  19
90 /* number of codes used to transfer the bit lengths */
91
92
93 local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
94    = {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};
95
96 local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
97    = {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};
98
99 local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
100    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
101
102 #define STORED_BLOCK 0
103 #define STATIC_TREES 1
104 #define DYN_TREES    2
105 /* The three kinds of block type */
106
107 #ifndef LIT_BUFSIZE
108 #  ifdef SMALL_MEM
109 #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
110 #  else
111 #  ifdef MEDIUM_MEM
112 #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
113 #  else
114 #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
115 #  endif
116 #  endif
117 #endif
118 #ifndef DIST_BUFSIZE
119 #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
120 #endif
121 /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
122  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
123  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
124  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
125  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
126  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
127  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
128  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
129  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
130  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
131  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
132  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
133  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
134  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
135  *     more frequently.
136  *   - I can't count above 4
137  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
138  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
139  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
140  */
141 #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
142     error cannot overlay l_buf and inbuf
143 #endif
144
145 #define REP_3_6      16
146 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
147
148 #define REPZ_3_10    17
149 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
150
151 #define REPZ_11_138  18
152 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
153
154 /* ===========================================================================
155  * Local data
156  */
157
158 /* Data structure describing a single value and its code string. */
159 typedef struct ct_data {
160     union {
161         ush  freq;       /* frequency count */
162         ush  code;       /* bit string */
163     } fc;
164     union {
165         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
166         ush  len;        /* length of bit string */
167     } dl;
168 } ct_data;
169
170 #define Freq fc.freq
171 #define Code fc.code
172 #define Dad  dl.dad
173 #define Len  dl.len
174
175 #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
176 /* maximum heap size */
177
178 local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
179 local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
180
181 local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
182 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
183  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
184  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
185  * below).
186  */
187
188 local ct_data near static_dtree[D_CODES];
189 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
190  * 5 bits.)
191  */
192
193 local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
194 /* Huffman tree for the bit lengths */
195
196 typedef struct tree_desc {
197     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
198     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
199     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
200     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
201     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
202     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
203     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
204 } tree_desc;
205
206 local tree_desc near l_desc =
207 {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
208
209 local tree_desc near d_desc =
210 {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
211
212 local tree_desc near bl_desc =
213 {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
214
215
216 local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
217 /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
218
219 local uch near bl_order[BL_CODES]
220    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
221 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
222  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
223  */
224
225 local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
226 local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
227 local int heap_max;               /* element of largest frequency */
228 /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
229  * The same heap array is used to build all trees.
230  */
231
232 local uch near depth[2*L_CODES+1];
233 /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
234
235 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
236 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
237
238 local uch dist_code[512];
239 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
240  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
241  * the 15 bit distances.
242  */
243
244 local int near base_length[LENGTH_CODES];
245 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
246
247 local int near base_dist[D_CODES];
248 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
249
250 #define l_buf inbuf
251 /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
252
253 /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
254
255 local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
256 /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
257  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
258  */
259
260 local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
261 local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
262 local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
263 local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
264 local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
265 /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
266  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
267  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
268  */
269
270 local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
271 local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
272
273 local ulg compressed_len; /* total bit length of compressed file */
274
275 local ulg input_len;      /* total byte length of input file */
276 /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
277
278 ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
279 int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
280
281 #ifdef DEBUG
282 extern ulg bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
283 extern long isize;     /* byte length of input file */
284 #endif
285
286 extern long block_start;       /* window offset of current block */
287 extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
288
289 /* ===========================================================================
290  * Local (static) routines in this file.
291  */
292
293 local void init_block     OF((void));
294 local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
295 local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
296 local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
297 local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
298 local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
299 local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
300 local int  build_bl_tree  OF((void));
301 local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
302 local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
303 local void set_file_type  OF((void));
304
305
306 #ifndef DEBUG
307 #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
308    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
309
310 #else /* DEBUG */
311 #  define send_code(c, tree) \
312      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
313        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
314 #endif
315
316 #define d_code(dist) \
317    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
318 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
319  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
320  * used.
321  */
322
323 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
324 /* the arguments must not have side effects */
325
326 /* ===========================================================================
327  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
328  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
329  * (DEFLATE/STORE).
330  */
331 void ct_init(attr, methodp)
332     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
333     int  *methodp; /* pointer to compression method */
334 {
335     int n;        /* iterates over tree elements */
336     int bits;     /* bit counter */
337     int length;   /* length value */
338     int code;     /* code value */
339     int dist;     /* distance index */
340
341     file_type = attr;
342     file_method = methodp;
343     compressed_len = input_len = 0L;
344
345     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
346
347     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
348     length = 0;
349     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
350         base_length[code] = length;
351         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
352             length_code[length++] = (uch)code;
353         }
354     }
355     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
356     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
357      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
358      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
359      */
360     length_code[length-1] = (uch)code;
361
362     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
363     dist = 0;
364     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
365         base_dist[code] = dist;
366         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
367             dist_code[dist++] = (uch)code;
368         }
369     }
370     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
371     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
372     for ( ; code < D_CODES; code++) {
373         base_dist[code] = dist << 7;
374         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
375             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
376         }
377     }
378     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
379
380     /* Construct the codes of the static literal tree */
381     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
382     n = 0;
383     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
384     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
385     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
386     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
387     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
388      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
389      * all ones)
390      */
391     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
392
393     /* The static distance tree is trivial: */
394     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
395         static_dtree[n].Len = 5;
396         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
397     }
398
399     /* Initialize the first block of the first file: */
400     init_block();
401 }
402
403 /* ===========================================================================
404  * Initialize a new block.
405  */
406 local void init_block()
407 {
408     int n; /* iterates over tree elements */
409
410     /* Initialize the trees. */
411     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
412     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
413     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
414
415     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
416     opt_len = static_len = 0L;
417     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
418     flags = 0; flag_bit = 1;
419 }
420
421 #define SMALLEST 1
422 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
423
424
425 /* ===========================================================================
426  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
427  * one less element. Updates heap and heap_len.
428  */
429 #define pqremove(tree, top) \
430 {\
431     top = heap[SMALLEST]; \
432     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
433     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
434 }
435
436 /* ===========================================================================
437  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
438  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
439  */
440 #define smaller(tree, n, m) \
441    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
442    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
443
444 /* ===========================================================================
445  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
446  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
447  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
448  * two sons).
449  */
450 local void pqdownheap(tree, k)
451     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
452     int k;               /* node to move down */
453 {
454     int v = heap[k];
455     int j = k << 1;  /* left son of k */
456     while (j <= heap_len) {
457         /* Set j to the smallest of the two sons: */
458         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
459
460         /* Exit if v is smaller than both sons */
461         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
462
463         /* Exchange v with the smallest son */
464         heap[k] = heap[j];  k = j;
465
466         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
467         j <<= 1;
468     }
469     heap[k] = v;
470 }
471
472 /* ===========================================================================
473  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
474  * for the current block.
475  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
476  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
477  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
478  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
479  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
480  *     not null.
481  */
482 local void gen_bitlen(desc)
483     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
484 {
485     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
486     int near *extra     = desc->extra_bits;
487     int base            = desc->extra_base;
488     int max_code        = desc->max_code;
489     int max_length      = desc->max_length;
490     ct_data near *stree = desc->static_tree;
491     int h;              /* heap index */
492     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
493     int bits;           /* bit length */
494     int xbits;          /* extra bits */
495     ush f;              /* frequency */
496     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
497
498     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
499
500     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
501      * overflow in the case of the bit length tree).
502      */
503     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
504
505     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
506         n = heap[h];
507         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
508         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
509         tree[n].Len = (ush)bits;
510         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
511
512         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
513
514         bl_count[bits]++;
515         xbits = 0;
516         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
517         f = tree[n].Freq;
518         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
519         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
520     }
521     if (overflow == 0) return;
522
523     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
524     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
525
526     /* Find the first bit length which could increase: */
527     do {
528         bits = max_length-1;
529         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
530         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
531         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
532         bl_count[max_length]--;
533         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
534          * but this does not affect bl_count[max_length]
535          */
536         overflow -= 2;
537     } while (overflow > 0);
538
539     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
540      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
541      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
542      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
543      */
544     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
545         n = bl_count[bits];
546         while (n != 0) {
547             m = heap[--h];
548             if (m > max_code) continue;
549             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
550                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
551                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
552                 tree[m].Len = (ush)bits;
553             }
554             n--;
555         }
556     }
557 }
558
559 /* ===========================================================================
560  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
561  * optimal).
562  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
563  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
564  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
565  *     zero code length.
566  */
567 local void gen_codes (tree, max_code)
568     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
569     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
570 {
571     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
572     ush code = 0;              /* running code value */
573     int bits;                  /* bit index */
574     int n;                     /* code index */
575
576     /* The distribution counts are first used to generate the code values
577      * without bit reversal.
578      */
579     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
580         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
581     }
582     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
583      * must be all ones.
584      */
585     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
586             "inconsistent bit counts");
587     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
588
589     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
590         int len = tree[n].Len;
591         if (len == 0) continue;
592         /* Now reverse the bits */
593         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
594
595         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
596              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
597     }
598 }
599
600 /* ===========================================================================
601  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
602  * Update the total bit length for the current block.
603  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
604  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
605  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
606  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
607  */
608 local void build_tree(desc)
609     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
610 {
611     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
612     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
613     int elems            = desc->elems;
614     int n, m;          /* iterate over heap elements */
615     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
616     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
617
618     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
619      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
620      * heap[0] is not used.
621      */
622     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
623
624     for (n = 0; n < elems; n++) {
625         if (tree[n].Freq != 0) {
626             heap[++heap_len] = max_code = n;
627             depth[n] = 0;
628         } else {
629             tree[n].Len = 0;
630         }
631     }
632
633     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
634      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
635      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
636      * two codes of non zero frequency.
637      */
638     while (heap_len < 2) {
639         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
640         tree[new].Freq = 1;
641         depth[new] = 0;
642         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
643         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
644     }
645     desc->max_code = max_code;
646
647     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
648      * establish sub-heaps of increasing lengths:
649      */
650     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
651
652     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
653      * frequent nodes.
654      */
655     do {
656         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
657         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
658
659         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
660         heap[--heap_max] = m;
661
662         /* Create a new node father of n and m */
663         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
664         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
665         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
666 #ifdef DUMP_BL_TREE
667         if (tree == bl_tree) {
668             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
669                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
670         }
671 #endif
672         /* and insert the new node in the heap */
673         heap[SMALLEST] = node++;
674         pqdownheap(tree, SMALLEST);
675
676     } while (heap_len >= 2);
677
678     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
679
680     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
681      * generate the bit lengths.
682      */
683     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
684
685     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
686     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
687 }
688
689 /* ===========================================================================
690  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
691  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
692  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
693  * during the construction of bl_tree.)
694  */
695 local void scan_tree (tree, max_code)
696     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
697     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
698 {
699     int n;                     /* iterates over all tree elements */
700     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
701     int curlen;                /* length of current code */
702     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
703     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
704     int max_count = 7;         /* max repeat count */
705     int min_count = 4;         /* min repeat count */
706
707     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
708     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
709
710     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
711         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
712         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
713             continue;
714         } else if (count < min_count) {
715             bl_tree[curlen].Freq += count;
716         } else if (curlen != 0) {
717             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
718             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
719         } else if (count <= 10) {
720             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
721         } else {
722             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
723         }
724         count = 0; prevlen = curlen;
725         if (nextlen == 0) {
726             max_count = 138, min_count = 3;
727         } else if (curlen == nextlen) {
728             max_count = 6, min_count = 3;
729         } else {
730             max_count = 7, min_count = 4;
731         }
732     }
733 }
734
735 /* ===========================================================================
736  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
737  * bl_tree.
738  */
739 local void send_tree (tree, max_code)
740     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
741     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
742 {
743     int n;                     /* iterates over all tree elements */
744     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
745     int curlen;                /* length of current code */
746     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
747     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
748     int max_count = 7;         /* max repeat count */
749     int min_count = 4;         /* min repeat count */
750
751     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
752     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
753
754     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
755         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
756         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
757             continue;
758         } else if (count < min_count) {
759             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
760
761         } else if (curlen != 0) {
762             if (curlen != prevlen) {
763                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
764             }
765             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
766             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
767
768         } else if (count <= 10) {
769             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
770
771         } else {
772             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
773         }
774         count = 0; prevlen = curlen;
775         if (nextlen == 0) {
776             max_count = 138, min_count = 3;
777         } else if (curlen == nextlen) {
778             max_count = 6, min_count = 3;
779         } else {
780             max_count = 7, min_count = 4;
781         }
782     }
783 }
784
785 /* ===========================================================================
786  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
787  * bl_order of the last bit length code to send.
788  */
789 local int build_bl_tree()
790 {
791     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
792
793     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
794     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
795     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
796
797     /* Build the bit length tree: */
798     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
799     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
800      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
801      */
802
803     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
804      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
805      * 3 but the actual value used is 4.)
806      */
807     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
808         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
809     }
810     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
811     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
812     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %ld, stat %ld", opt_len, static_len));
813
814     return max_blindex;
815 }
816
817 /* ===========================================================================
818  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
819  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
820  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
821  */
822 local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
823     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
824 {
825     int rank;                    /* index in bl_order */
826
827     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
828     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
829             "too many codes");
830     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
831     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
832     send_bits(dcodes-1,   5);
833     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
834     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
835         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
836         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
837     }
838     Tracev((stderr, "\nbl tree: sent %ld", bits_sent));
839
840     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
841     Tracev((stderr, "\nlit tree: sent %ld", bits_sent));
842
843     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
844     Tracev((stderr, "\ndist tree: sent %ld", bits_sent));
845 }
846
847 /* ===========================================================================
848  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
849  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
850  * returns the total compressed length for the file so far.
851  */
852 ulg flush_block(buf, stored_len, eof)
853     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
854     ulg stored_len;   /* length of input block */
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 %ld, stat %ld", opt_len, static_len));
868
869     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
870     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %ld, stat %ld", 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 == isize, "bad input size");
944         bi_windup();
945         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
946     }
947     Tracev((stderr,"\ncomprlen %lu(%lu) ", compressed_len>>3,
948            compressed_len-7*eof));
949
950     return compressed_len >> 3;
951 }
952
953 /* ===========================================================================
954  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
955  * the current block must be flushed.
956  */
957 int ct_tally (dist, lc)
958     int dist;  /* distance of matched string */
959     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
960 {
961     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
962     if (dist == 0) {
963         /* lc is the unmatched char */
964         dyn_ltree[lc].Freq++;
965     } else {
966         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
967         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
968         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
969                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
970                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
971
972         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
973         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
974
975         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
976         flags |= flag_bit;
977     }
978     flag_bit <<= 1;
979
980     /* Output the flags if they fill a byte: */
981     if ((last_lit & 7) == 0) {
982         flag_buf[last_flags++] = flags;
983         flags = 0, flag_bit = 1;
984     }
985     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
986     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
987         /* Compute an upper bound for the compressed length */
988         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
989         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
990         int dcode;
991         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
992             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
993         }
994         out_length >>= 3;
995         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
996                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
997                100L - out_length*100L/in_length));
998         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
999     }
1000     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
1001     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
1002      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
1003      * 64K-1 bytes.
1004      */
1005 }
1006
1007 /* ===========================================================================
1008  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1009  */
1010 local void compress_block(ltree, dtree)
1011     ct_data near *ltree; /* literal tree */
1012     ct_data near *dtree; /* distance tree */
1013 {
1014     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1015     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1016     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1017     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
1018     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
1019     uch flag = 0;       /* current flags */
1020     unsigned code;      /* the code to send */
1021     int extra;          /* number of extra bits to send */
1022
1023     if (last_lit != 0) do {
1024         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
1025         lc = l_buf[lx++];
1026         if ((flag & 1) == 0) {
1027             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
1028             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1029         } else {
1030             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1031             code = length_code[lc];
1032             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1033             extra = extra_lbits[code];
1034             if (extra != 0) {
1035                 lc -= base_length[code];
1036                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
1037             }
1038             dist = d_buf[dx++];
1039             /* Here, dist is the match distance - 1 */
1040             code = d_code(dist);
1041             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1042
1043             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
1044             extra = extra_dbits[code];
1045             if (extra != 0) {
1046                 dist -= base_dist[code];
1047                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1048             }
1049         } /* literal or match pair ? */
1050         flag >>= 1;
1051     } while (lx < last_lit);
1052
1053     send_code(END_BLOCK, ltree);
1054 }
1055
1056 /* ===========================================================================
1057  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1058  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1059  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1060  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1061  */
1062 local void set_file_type()
1063 {
1064     int n = 0;
1065     unsigned ascii_freq = 0;
1066     unsigned bin_freq = 0;
1067     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1068     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1069     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1070     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
1071     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
1072         WARN((stderr, "-l used on binary file"));
1073     }
1074 }