Fix copyright.
[rsync/rsync.git] / zlib / trees.c
1 /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
2  * Copyright (C) 1995-2002 Jean-loup Gailly
3  * For conditions of distribution and use, see copyright notice in zlib.h 
4  */
5
6 /*
7  *  ALGORITHM
8  *
9  *      The "deflation" process uses several Huffman trees. The more
10  *      common source values are represented by shorter bit sequences.
11  *
12  *      Each code tree is stored in a compressed form which is itself
13  * a Huffman encoding of the lengths of all the code strings (in
14  * ascending order by source values).  The actual code strings are
15  * reconstructed from the lengths in the inflate process, as described
16  * in the deflate specification.
17  *
18  *  REFERENCES
19  *
20  *      Deutsch, L.P.,"'Deflate' Compressed Data Format Specification".
21  *      Available in ftp.uu.net:/pub/archiving/zip/doc/deflate-1.1.doc
22  *
23  *      Storer, James A.
24  *          Data Compression:  Methods and Theory, pp. 49-50.
25  *          Computer Science Press, 1988.  ISBN 0-7167-8156-5.
26  *
27  *      Sedgewick, R.
28  *          Algorithms, p290.
29  *          Addison-Wesley, 1983. ISBN 0-201-06672-6.
30  */
31
32 /* @(#) $Id$ */
33
34 /* #define GEN_TREES_H */
35
36 #include "deflate.h"
37
38 #ifdef DEBUG
39 #  include <ctype.h>
40 #endif
41
42 /* ===========================================================================
43  * Constants
44  */
45
46 #define MAX_BL_BITS 7
47 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
48
49 #define END_BLOCK 256
50 /* end of block literal code */
51
52 #define REP_3_6      16
53 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
54
55 #define REPZ_3_10    17
56 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
57
58 #define REPZ_11_138  18
59 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
60
61 local const int extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
62    = {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};
63
64 local const int extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
65    = {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};
66
67 local const int extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
68    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
69
70 local const uch bl_order[BL_CODES]
71    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
72 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
73  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
74  */
75
76 #define Buf_size (8 * 2*sizeof(char))
77 /* Number of bits used within bi_buf. (bi_buf might be implemented on
78  * more than 16 bits on some systems.)
79  */
80
81 /* ===========================================================================
82  * Local data. These are initialized only once.
83  */
84
85 #define DIST_CODE_LEN  512 /* see definition of array dist_code below */
86
87 #if defined(GEN_TREES_H) || !defined(STDC)
88 /* non ANSI compilers may not accept trees.h */
89
90 local ct_data static_ltree[L_CODES+2];
91 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
92  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
93  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see _tr_init
94  * below).
95  */
96
97 local ct_data static_dtree[D_CODES];
98 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
99  * 5 bits.)
100  */
101
102 uch _dist_code[DIST_CODE_LEN];
103 /* Distance codes. The first 256 values correspond to the distances
104  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
105  * the 15 bit distances.
106  */
107
108 uch _length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
109 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
110
111 local int base_length[LENGTH_CODES];
112 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
113
114 local int base_dist[D_CODES];
115 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
116
117 #else
118 #  include "trees.h"
119 #endif /* GEN_TREES_H */
120
121 struct static_tree_desc_s {
122     const ct_data *static_tree;  /* static tree or NULL */
123     const intf *extra_bits;      /* extra bits for each code or NULL */
124     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
125     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
126     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
127 };
128
129 local static_tree_desc  static_l_desc =
130 {static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS};
131
132 local static_tree_desc  static_d_desc =
133 {static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS};
134
135 local static_tree_desc  static_bl_desc =
136 {(const ct_data *)0, extra_blbits, 0,   BL_CODES, MAX_BL_BITS};
137
138 /* ===========================================================================
139  * Local (static) routines in this file.
140  */
141
142 local void tr_static_init OF((void));
143 local void init_block     OF((deflate_state *s));
144 local void pqdownheap     OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int k));
145 local void gen_bitlen     OF((deflate_state *s, tree_desc *desc));
146 local void gen_codes      OF((ct_data *tree, int max_code, ushf *bl_count));
147 local void build_tree     OF((deflate_state *s, tree_desc *desc));
148 local void scan_tree      OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
149 local void send_tree      OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
150 local int  build_bl_tree  OF((deflate_state *s));
151 local void send_all_trees OF((deflate_state *s, int lcodes, int dcodes,
152                               int blcodes));
153 local void compress_block OF((deflate_state *s, ct_data *ltree,
154                               ct_data *dtree));
155 local void set_data_type  OF((deflate_state *s));
156 local unsigned bi_reverse OF((unsigned value, int length));
157 local void bi_windup      OF((deflate_state *s));
158 local void bi_flush       OF((deflate_state *s));
159 local void copy_block     OF((deflate_state *s, charf *buf, unsigned len,
160                               int header));
161
162 #ifdef GEN_TREES_H
163 local void gen_trees_header OF((void));
164 #endif
165
166 #ifndef DEBUG
167 #  define send_code(s, c, tree) send_bits(s, tree[c].Code, tree[c].Len)
168    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
169
170 #else /* DEBUG */
171 #  define send_code(s, c, tree) \
172      { if (z_verbose>2) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
173        send_bits(s, tree[c].Code, tree[c].Len); }
174 #endif
175
176 /* ===========================================================================
177  * Output a short LSB first on the stream.
178  * IN assertion: there is enough room in pendingBuf.
179  */
180 #define put_short(s, w) { \
181     put_byte(s, (uch)((w) & 0xff)); \
182     put_byte(s, (uch)((ush)(w) >> 8)); \
183 }
184
185 /* ===========================================================================
186  * Send a value on a given number of bits.
187  * IN assertion: length <= 16 and value fits in length bits.
188  */
189 #ifdef DEBUG
190 local void send_bits      OF((deflate_state *s, int value, int length));
191
192 local void send_bits(s, value, length)
193     deflate_state *s;
194     int value;  /* value to send */
195     int length; /* number of bits */
196 {
197     Tracevv((stderr," l %2d v %4x ", length, value));
198     Assert(length > 0 && length <= 15, "invalid length");
199     s->bits_sent += (ulg)length;
200
201     /* If not enough room in bi_buf, use (valid) bits from bi_buf and
202      * (16 - bi_valid) bits from value, leaving (width - (16-bi_valid))
203      * unused bits in value.
204      */
205     if (s->bi_valid > (int)Buf_size - length) {
206         s->bi_buf |= (value << s->bi_valid);
207         put_short(s, s->bi_buf);
208         s->bi_buf = (ush)value >> (Buf_size - s->bi_valid);
209         s->bi_valid += length - Buf_size;
210     } else {
211         s->bi_buf |= value << s->bi_valid;
212         s->bi_valid += length;
213     }
214 }
215 #else /* !DEBUG */
216
217 #define send_bits(s, value, length) \
218 { int len = length;\
219   if (s->bi_valid > (int)Buf_size - len) {\
220     int val = value;\
221     s->bi_buf |= (val << s->bi_valid);\
222     put_short(s, s->bi_buf);\
223     s->bi_buf = (ush)val >> (Buf_size - s->bi_valid);\
224     s->bi_valid += len - Buf_size;\
225   } else {\
226     s->bi_buf |= (value) << s->bi_valid;\
227     s->bi_valid += len;\
228   }\
229 }
230 #endif /* DEBUG */
231
232
233 #ifndef MAX
234 #define MAX(a,b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
235 #endif
236 /* the arguments must not have side effects */
237
238 /* ===========================================================================
239  * Initialize the various 'constant' tables.
240  */
241 local void tr_static_init()
242 {
243 #if defined(GEN_TREES_H) || !defined(STDC)
244     static int static_init_done = 0;
245     int n;        /* iterates over tree elements */
246     int bits;     /* bit counter */
247     int length;   /* length value */
248     int code;     /* code value */
249     int dist;     /* distance index */
250     ush bl_count[MAX_BITS+1];
251     /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
252
253     if (static_init_done) return;
254
255     /* For some embedded targets, global variables are not initialized: */
256     static_l_desc.static_tree = static_ltree;
257     static_l_desc.extra_bits = extra_lbits;
258     static_d_desc.static_tree = static_dtree;
259     static_d_desc.extra_bits = extra_dbits;
260     static_bl_desc.extra_bits = extra_blbits;
261
262     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
263     length = 0;
264     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
265         base_length[code] = length;
266         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
267             _length_code[length++] = (uch)code;
268         }
269     }
270     Assert (length == 256, "tr_static_init: length != 256");
271     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
272      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
273      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
274      */
275     _length_code[length-1] = (uch)code;
276
277     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
278     dist = 0;
279     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
280         base_dist[code] = dist;
281         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
282             _dist_code[dist++] = (uch)code;
283         }
284     }
285     Assert (dist == 256, "tr_static_init: dist != 256");
286     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
287     for ( ; code < D_CODES; code++) {
288         base_dist[code] = dist << 7;
289         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
290             _dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
291         }
292     }
293     Assert (dist == 256, "tr_static_init: 256+dist != 512");
294
295     /* Construct the codes of the static literal tree */
296     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
297     n = 0;
298     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
299     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
300     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
301     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
302     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
303      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
304      * all ones)
305      */
306     gen_codes((ct_data *)static_ltree, L_CODES+1, bl_count);
307
308     /* The static distance tree is trivial: */
309     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
310         static_dtree[n].Len = 5;
311         static_dtree[n].Code = bi_reverse((unsigned)n, 5);
312     }
313     static_init_done = 1;
314
315 #  ifdef GEN_TREES_H
316     gen_trees_header();
317 #  endif
318 #endif /* defined(GEN_TREES_H) || !defined(STDC) */
319 }
320
321 /* ===========================================================================
322  * Genererate the file trees.h describing the static trees.
323  */
324 #ifdef GEN_TREES_H
325 #  ifndef DEBUG
326 #    include <stdio.h>
327 #  endif
328
329 #  define SEPARATOR(i, last, width) \
330       ((i) == (last)? "\n};\n\n" :    \
331        ((i) % (width) == (width)-1 ? ",\n" : ", "))
332
333 void gen_trees_header()
334 {
335     FILE *header = fopen("trees.h", "w");
336     int i;
337
338     Assert (header != NULL, "Can't open trees.h");
339     fprintf(header,
340             "/* header created automatically with -DGEN_TREES_H */\n\n");
341
342     fprintf(header, "local const ct_data static_ltree[L_CODES+2] = {\n");
343     for (i = 0; i < L_CODES+2; i++) {
344         fprintf(header, "{{%3u},{%3u}}%s", static_ltree[i].Code,
345                 static_ltree[i].Len, SEPARATOR(i, L_CODES+1, 5));
346     }
347
348     fprintf(header, "local const ct_data static_dtree[D_CODES] = {\n");
349     for (i = 0; i < D_CODES; i++) {
350         fprintf(header, "{{%2u},{%2u}}%s", static_dtree[i].Code,
351                 static_dtree[i].Len, SEPARATOR(i, D_CODES-1, 5));
352     }
353
354     fprintf(header, "const uch _dist_code[DIST_CODE_LEN] = {\n");
355     for (i = 0; i < DIST_CODE_LEN; i++) {
356         fprintf(header, "%2u%s", _dist_code[i],
357                 SEPARATOR(i, DIST_CODE_LEN-1, 20));
358     }
359
360     fprintf(header, "const uch _length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1]= {\n");
361     for (i = 0; i < MAX_MATCH-MIN_MATCH+1; i++) {
362         fprintf(header, "%2u%s", _length_code[i],
363                 SEPARATOR(i, MAX_MATCH-MIN_MATCH, 20));
364     }
365
366     fprintf(header, "local const int base_length[LENGTH_CODES] = {\n");
367     for (i = 0; i < LENGTH_CODES; i++) {
368         fprintf(header, "%1u%s", base_length[i],
369                 SEPARATOR(i, LENGTH_CODES-1, 20));
370     }
371
372     fprintf(header, "local const int base_dist[D_CODES] = {\n");
373     for (i = 0; i < D_CODES; i++) {
374         fprintf(header, "%5u%s", base_dist[i],
375                 SEPARATOR(i, D_CODES-1, 10));
376     }
377
378     fclose(header);
379 }
380 #endif /* GEN_TREES_H */
381
382 /* ===========================================================================
383  * Initialize the tree data structures for a new zlib stream.
384  */
385 void _tr_init(s)
386     deflate_state *s;
387 {
388     tr_static_init();
389
390     s->l_desc.dyn_tree = s->dyn_ltree;
391     s->l_desc.stat_desc = &static_l_desc;
392
393     s->d_desc.dyn_tree = s->dyn_dtree;
394     s->d_desc.stat_desc = &static_d_desc;
395
396     s->bl_desc.dyn_tree = s->bl_tree;
397     s->bl_desc.stat_desc = &static_bl_desc;
398
399     s->bi_buf = 0;
400     s->bi_valid = 0;
401     s->last_eob_len = 8; /* enough lookahead for inflate */
402 #ifdef DEBUG
403     s->compressed_len = 0L;
404     s->bits_sent = 0L;
405 #endif
406
407     /* Initialize the first block of the first file: */
408     init_block(s);
409 }
410
411 /* ===========================================================================
412  * Initialize a new block.
413  */
414 local void init_block(s)
415     deflate_state *s;
416 {
417     int n; /* iterates over tree elements */
418
419     /* Initialize the trees. */
420     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) s->dyn_ltree[n].Freq = 0;
421     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) s->dyn_dtree[n].Freq = 0;
422     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) s->bl_tree[n].Freq = 0;
423
424     s->dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
425     s->opt_len = s->static_len = 0L;
426     s->last_lit = s->matches = 0;
427 }
428
429 #define SMALLEST 1
430 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
431
432
433 /* ===========================================================================
434  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
435  * one less element. Updates heap and heap_len.
436  */
437 #define pqremove(s, tree, top) \
438 {\
439     top = s->heap[SMALLEST]; \
440     s->heap[SMALLEST] = s->heap[s->heap_len--]; \
441     pqdownheap(s, tree, SMALLEST); \
442 }
443
444 /* ===========================================================================
445  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
446  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
447  */
448 #define smaller(tree, n, m, depth) \
449    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
450    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
451
452 /* ===========================================================================
453  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
454  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
455  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
456  * two sons).
457  */
458 local void pqdownheap(s, tree, k)
459     deflate_state *s;
460     ct_data *tree;  /* the tree to restore */
461     int k;               /* node to move down */
462 {
463     int v = s->heap[k];
464     int j = k << 1;  /* left son of k */
465     while (j <= s->heap_len) {
466         /* Set j to the smallest of the two sons: */
467         if (j < s->heap_len &&
468             smaller(tree, s->heap[j+1], s->heap[j], s->depth)) {
469             j++;
470         }
471         /* Exit if v is smaller than both sons */
472         if (smaller(tree, v, s->heap[j], s->depth)) break;
473
474         /* Exchange v with the smallest son */
475         s->heap[k] = s->heap[j];  k = j;
476
477         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
478         j <<= 1;
479     }
480     s->heap[k] = v;
481 }
482
483 /* ===========================================================================
484  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
485  * for the current block.
486  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
487  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
488  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
489  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
490  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
491  *     not null.
492  */
493 local void gen_bitlen(s, desc)
494     deflate_state *s;
495     tree_desc *desc;    /* the tree descriptor */
496 {
497     ct_data *tree        = desc->dyn_tree;
498     int max_code         = desc->max_code;
499     const ct_data *stree = desc->stat_desc->static_tree;
500     const intf *extra    = desc->stat_desc->extra_bits;
501     int base             = desc->stat_desc->extra_base;
502     int max_length       = desc->stat_desc->max_length;
503     int h;              /* heap index */
504     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
505     int bits;           /* bit length */
506     int xbits;          /* extra bits */
507     ush f;              /* frequency */
508     int Overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
509
510     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) s->bl_count[bits] = 0;
511
512     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
513      * overflow in the case of the bit length tree).
514      */
515     tree[s->heap[s->heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
516
517     for (h = s->heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
518         n = s->heap[h];
519         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
520         if (bits > max_length) bits = max_length, Overflow++;
521         tree[n].Len = (ush)bits;
522         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
523
524         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
525
526         s->bl_count[bits]++;
527         xbits = 0;
528         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
529         f = tree[n].Freq;
530         s->opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
531         if (stree) s->static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
532     }
533     if (Overflow == 0) return;
534
535     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
536     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
537
538     /* Find the first bit length which could increase: */
539     do {
540         bits = max_length-1;
541         while (s->bl_count[bits] == 0) bits--;
542         s->bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
543         s->bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
544         s->bl_count[max_length]--;
545         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
546          * but this does not affect bl_count[max_length]
547          */
548         Overflow -= 2;
549     } while (Overflow > 0);
550
551     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
552      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
553      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
554      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
555      */
556     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
557         n = s->bl_count[bits];
558         while (n != 0) {
559             m = s->heap[--h];
560             if (m > max_code) continue;
561             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
562                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
563                 s->opt_len += ((long)bits - (long)tree[m].Len)
564                               *(long)tree[m].Freq;
565                 tree[m].Len = (ush)bits;
566             }
567             n--;
568         }
569     }
570 }
571
572 /* ===========================================================================
573  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
574  * optimal).
575  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
576  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
577  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
578  *     zero code length.
579  */
580 local void gen_codes (tree, max_code, bl_count)
581     ct_data *tree;             /* the tree to decorate */
582     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
583     ushf *bl_count;            /* number of codes at each bit length */
584 {
585     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
586     ush code = 0;              /* running code value */
587     int bits;                  /* bit index */
588     int n;                     /* code index */
589
590     /* The distribution counts are first used to generate the code values
591      * without bit reversal.
592      */
593     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
594         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
595     }
596     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
597      * must be all ones.
598      */
599     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
600             "inconsistent bit counts");
601     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
602
603     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
604         int len = tree[n].Len;
605         if (len == 0) continue;
606         /* Now reverse the bits */
607         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
608
609         Tracecv(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
610              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
611     }
612 }
613
614 /* ===========================================================================
615  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
616  * Update the total bit length for the current block.
617  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
618  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
619  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
620  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
621  */
622 local void build_tree(s, desc)
623     deflate_state *s;
624     tree_desc *desc; /* the tree descriptor */
625 {
626     ct_data *tree         = desc->dyn_tree;
627     const ct_data *stree  = desc->stat_desc->static_tree;
628     int elems             = desc->stat_desc->elems;
629     int n, m;          /* iterate over heap elements */
630     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
631     int node;          /* new node being created */
632
633     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
634      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
635      * heap[0] is not used.
636      */
637     s->heap_len = 0, s->heap_max = HEAP_SIZE;
638
639     for (n = 0; n < elems; n++) {
640         if (tree[n].Freq != 0) {
641             s->heap[++(s->heap_len)] = max_code = n;
642             s->depth[n] = 0;
643         } else {
644             tree[n].Len = 0;
645         }
646     }
647
648     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
649      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
650      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
651      * two codes of non zero frequency.
652      */
653     while (s->heap_len < 2) {
654         node = s->heap[++(s->heap_len)] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
655         tree[node].Freq = 1;
656         s->depth[node] = 0;
657         s->opt_len--; if (stree) s->static_len -= stree[node].Len;
658         /* node is 0 or 1 so it does not have extra bits */
659     }
660     desc->max_code = max_code;
661
662     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
663      * establish sub-heaps of increasing lengths:
664      */
665     for (n = s->heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(s, tree, n);
666
667     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
668      * frequent nodes.
669      */
670     node = elems;              /* next internal node of the tree */
671     do {
672         pqremove(s, tree, n);  /* n = node of least frequency */
673         m = s->heap[SMALLEST]; /* m = node of next least frequency */
674
675         s->heap[--(s->heap_max)] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
676         s->heap[--(s->heap_max)] = m;
677
678         /* Create a new node father of n and m */
679         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
680         s->depth[node] = (uch) (MAX(s->depth[n], s->depth[m]) + 1);
681         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
682 #ifdef DUMP_BL_TREE
683         if (tree == s->bl_tree) {
684             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
685                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
686         }
687 #endif
688         /* and insert the new node in the heap */
689         s->heap[SMALLEST] = node++;
690         pqdownheap(s, tree, SMALLEST);
691
692     } while (s->heap_len >= 2);
693
694     s->heap[--(s->heap_max)] = s->heap[SMALLEST];
695
696     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
697      * generate the bit lengths.
698      */
699     gen_bitlen(s, (tree_desc *)desc);
700
701     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
702     gen_codes ((ct_data *)tree, max_code, s->bl_count);
703 }
704
705 /* ===========================================================================
706  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
707  * in the bit length tree.
708  */
709 local void scan_tree (s, tree, max_code)
710     deflate_state *s;
711     ct_data *tree;   /* the tree to be scanned */
712     int max_code;    /* and its largest code of non zero frequency */
713 {
714     int n;                     /* iterates over all tree elements */
715     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
716     int curlen;                /* length of current code */
717     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
718     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
719     int max_count = 7;         /* max repeat count */
720     int min_count = 4;         /* min repeat count */
721
722     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
723     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
724
725     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
726         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
727         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
728             continue;
729         } else if (count < min_count) {
730             s->bl_tree[curlen].Freq += count;
731         } else if (curlen != 0) {
732             if (curlen != prevlen) s->bl_tree[curlen].Freq++;
733             s->bl_tree[REP_3_6].Freq++;
734         } else if (count <= 10) {
735             s->bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
736         } else {
737             s->bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
738         }
739         count = 0; prevlen = curlen;
740         if (nextlen == 0) {
741             max_count = 138, min_count = 3;
742         } else if (curlen == nextlen) {
743             max_count = 6, min_count = 3;
744         } else {
745             max_count = 7, min_count = 4;
746         }
747     }
748 }
749
750 /* ===========================================================================
751  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
752  * bl_tree.
753  */
754 local void send_tree (s, tree, max_code)
755     deflate_state *s;
756     ct_data *tree; /* the tree to be scanned */
757     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
758 {
759     int n;                     /* iterates over all tree elements */
760     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
761     int curlen;                /* length of current code */
762     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
763     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
764     int max_count = 7;         /* max repeat count */
765     int min_count = 4;         /* min repeat count */
766
767     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
768     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
769
770     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
771         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
772         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
773             continue;
774         } else if (count < min_count) {
775             do { send_code(s, curlen, s->bl_tree); } while (--count != 0);
776
777         } else if (curlen != 0) {
778             if (curlen != prevlen) {
779                 send_code(s, curlen, s->bl_tree); count--;
780             }
781             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
782             send_code(s, REP_3_6, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 2);
783
784         } else if (count <= 10) {
785             send_code(s, REPZ_3_10, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 3);
786
787         } else {
788             send_code(s, REPZ_11_138, s->bl_tree); send_bits(s, count-11, 7);
789         }
790         count = 0; prevlen = curlen;
791         if (nextlen == 0) {
792             max_count = 138, min_count = 3;
793         } else if (curlen == nextlen) {
794             max_count = 6, min_count = 3;
795         } else {
796             max_count = 7, min_count = 4;
797         }
798     }
799 }
800
801 /* ===========================================================================
802  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
803  * bl_order of the last bit length code to send.
804  */
805 local int build_bl_tree(s)
806     deflate_state *s;
807 {
808     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
809
810     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
811     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, s->l_desc.max_code);
812     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, s->d_desc.max_code);
813
814     /* Build the bit length tree: */
815     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->bl_desc)));
816     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
817      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
818      */
819
820     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
821      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
822      * 3 but the actual value used is 4.)
823      */
824     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
825         if (s->bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
826     }
827     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
828     s->opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
829     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %ld, stat %ld",
830             s->opt_len, s->static_len));
831
832     return max_blindex;
833 }
834
835 /* ===========================================================================
836  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
837  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
838  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
839  */
840 local void send_all_trees(s, lcodes, dcodes, blcodes)
841     deflate_state *s;
842     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
843 {
844     int rank;                    /* index in bl_order */
845
846     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
847     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
848             "too many codes");
849     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
850     send_bits(s, lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
851     send_bits(s, dcodes-1,   5);
852     send_bits(s, blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
853     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
854         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
855         send_bits(s, s->bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
856     }
857     Tracev((stderr, "\nbl tree: sent %ld", s->bits_sent));
858
859     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, lcodes-1); /* literal tree */
860     Tracev((stderr, "\nlit tree: sent %ld", s->bits_sent));
861
862     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, dcodes-1); /* distance tree */
863     Tracev((stderr, "\ndist tree: sent %ld", s->bits_sent));
864 }
865
866 /* ===========================================================================
867  * Send a stored block
868  */
869 void _tr_stored_block(s, buf, stored_len, eof)
870     deflate_state *s;
871     charf *buf;       /* input block */
872     ulg stored_len;   /* length of input block */
873     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
874 {
875     send_bits(s, (STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
876 #ifdef DEBUG
877     s->compressed_len = (s->compressed_len + 3 + 7) & (ulg)~7L;
878     s->compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
879 #endif
880     copy_block(s, buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
881 }
882
883 /* ===========================================================================
884  * Send one empty static block to give enough lookahead for inflate.
885  * This takes 10 bits, of which 7 may remain in the bit buffer.
886  * The current inflate code requires 9 bits of lookahead. If the
887  * last two codes for the previous block (real code plus EOB) were coded
888  * on 5 bits or less, inflate may have only 5+3 bits of lookahead to decode
889  * the last real code. In this case we send two empty static blocks instead
890  * of one. (There are no problems if the previous block is stored or fixed.)
891  * To simplify the code, we assume the worst case of last real code encoded
892  * on one bit only.
893  */
894 void _tr_align(s)
895     deflate_state *s;
896 {
897     send_bits(s, STATIC_TREES<<1, 3);
898     send_code(s, END_BLOCK, static_ltree);
899 #ifdef DEBUG
900     s->compressed_len += 10L; /* 3 for block type, 7 for EOB */
901 #endif
902     bi_flush(s);
903     /* Of the 10 bits for the empty block, we have already sent
904      * (10 - bi_valid) bits. The lookahead for the last real code (before
905      * the EOB of the previous block) was thus at least one plus the length
906      * of the EOB plus what we have just sent of the empty static block.
907      */
908     if (1 + s->last_eob_len + 10 - s->bi_valid < 9) {
909         send_bits(s, STATIC_TREES<<1, 3);
910         send_code(s, END_BLOCK, static_ltree);
911 #ifdef DEBUG
912         s->compressed_len += 10L;
913 #endif
914         bi_flush(s);
915     }
916     s->last_eob_len = 7;
917 }
918
919 /* ===========================================================================
920  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
921  * trees or store, and output the encoded block to the zip file.
922  */
923 void _tr_flush_block(s, buf, stored_len, eof)
924     deflate_state *s;
925     charf *buf;       /* input block, or NULL if too old */
926     ulg stored_len;   /* length of input block */
927     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
928 {
929     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
930     int max_blindex = 0;  /* index of last bit length code of non zero freq */
931
932     /* Build the Huffman trees unless a stored block is forced */
933     if (s->level > 0) {
934
935          /* Check if the file is ascii or binary */
936         if (s->data_type == Z_UNKNOWN) set_data_type(s);
937
938         /* Construct the literal and distance trees */
939         build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->l_desc)));
940         Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
941                 s->static_len));
942
943         build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->d_desc)));
944         Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
945                 s->static_len));
946         /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
947          * the compressed block data, excluding the tree representations.
948          */
949
950         /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
951          * in bl_order of the last bit length code to send.
952          */
953         max_blindex = build_bl_tree(s);
954
955         /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes*/
956         opt_lenb = (s->opt_len+3+7)>>3;
957         static_lenb = (s->static_len+3+7)>>3;
958
959         Tracev((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u ",
960                 opt_lenb, s->opt_len, static_lenb, s->static_len, stored_len,
961                 s->last_lit));
962
963         if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
964
965     } else {
966         Assert(buf != (char*)0, "lost buf");
967         opt_lenb = static_lenb = stored_len + 5; /* force a stored block */
968     }
969
970 #ifdef FORCE_STORED
971     if (buf != (char*)0) { /* force stored block */
972 #else
973     if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
974                        /* 4: two words for the lengths */
975 #endif
976         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
977          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
978          * the last block flush, because compression would have been
979          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
980          * transform a block into a stored block.
981          */
982         _tr_stored_block(s, buf, stored_len, eof);
983
984 #ifdef FORCE_STATIC
985     } else if (static_lenb >= 0) { /* force static trees */
986 #else
987     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
988 #endif
989         send_bits(s, (STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
990         compress_block(s, (ct_data *)static_ltree, (ct_data *)static_dtree);
991 #ifdef DEBUG
992         s->compressed_len += 3 + s->static_len;
993 #endif
994     } else {
995         send_bits(s, (DYN_TREES<<1)+eof, 3);
996         send_all_trees(s, s->l_desc.max_code+1, s->d_desc.max_code+1,
997                        max_blindex+1);
998         compress_block(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, (ct_data *)s->dyn_dtree);
999 #ifdef DEBUG
1000         s->compressed_len += 3 + s->opt_len;
1001 #endif
1002     }
1003     Assert (s->compressed_len == s->bits_sent, "bad compressed size");
1004     /* The above check is made mod 2^32, for files larger than 512 MB
1005      * and uLong implemented on 32 bits.
1006      */
1007     init_block(s);
1008
1009     if (eof) {
1010         bi_windup(s);
1011 #ifdef DEBUG
1012         s->compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
1013 #endif
1014     }
1015     Tracev((stderr,"\ncomprlen %lu(%lu) ", s->compressed_len>>3,
1016            s->compressed_len-7*eof));
1017 }
1018
1019 /* ===========================================================================
1020  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
1021  * the current block must be flushed.
1022  */
1023 int _tr_tally (s, dist, lc)
1024     deflate_state *s;
1025     unsigned dist;  /* distance of matched string */
1026     unsigned lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
1027 {
1028     s->d_buf[s->last_lit] = (ush)dist;
1029     s->l_buf[s->last_lit++] = (uch)lc;
1030     if (dist == 0) {
1031         /* lc is the unmatched char */
1032         s->dyn_ltree[lc].Freq++;
1033     } else {
1034         s->matches++;
1035         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1036         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
1037         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST(s) &&
1038                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
1039                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "_tr_tally: bad match");
1040
1041         s->dyn_ltree[_length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
1042         s->dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
1043     }
1044
1045 #ifdef TRUNCATE_BLOCK
1046     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
1047     if ((s->last_lit & 0x1fff) == 0 && s->level > 2) {
1048         /* Compute an upper bound for the compressed length */
1049         ulg out_length = (ulg)s->last_lit*8L;
1050         ulg in_length = (ulg)((long)s->strstart - s->block_start);
1051         int dcode;
1052         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
1053             out_length += (ulg)s->dyn_dtree[dcode].Freq *
1054                 (5L+extra_dbits[dcode]);
1055         }
1056         out_length >>= 3;
1057         Tracev((stderr,"\nlast_lit %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
1058                s->last_lit, in_length, out_length,
1059                100L - out_length*100L/in_length));
1060         if (s->matches < s->last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
1061     }
1062 #endif
1063     return (s->last_lit == s->lit_bufsize-1);
1064     /* We avoid equality with lit_bufsize because of wraparound at 64K
1065      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
1066      * 64K-1 bytes.
1067      */
1068 }
1069
1070 /* ===========================================================================
1071  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1072  */
1073 local void compress_block(s, ltree, dtree)
1074     deflate_state *s;
1075     ct_data *ltree; /* literal tree */
1076     ct_data *dtree; /* distance tree */
1077 {
1078     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1079     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1080     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1081     unsigned code;      /* the code to send */
1082     int extra;          /* number of extra bits to send */
1083
1084     if (s->last_lit != 0) do {
1085         dist = s->d_buf[lx];
1086         lc = s->l_buf[lx++];
1087         if (dist == 0) {
1088             send_code(s, lc, ltree); /* send a literal byte */
1089             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1090         } else {
1091             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1092             code = _length_code[lc];
1093             send_code(s, code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1094             extra = extra_lbits[code];
1095             if (extra != 0) {
1096                 lc -= base_length[code];
1097                 send_bits(s, lc, extra);       /* send the extra length bits */
1098             }
1099             dist--; /* dist is now the match distance - 1 */
1100             code = d_code(dist);
1101             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1102
1103             send_code(s, code, dtree);       /* send the distance code */
1104             extra = extra_dbits[code];
1105             if (extra != 0) {
1106                 dist -= base_dist[code];
1107                 send_bits(s, dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1108             }
1109         } /* literal or match pair ? */
1110
1111         /* Check that the overlay between pending_buf and d_buf+l_buf is ok: */
1112         Assert(s->pending < s->lit_bufsize + 2*lx, "pendingBuf overflow");
1113
1114     } while (lx < s->last_lit);
1115
1116     send_code(s, END_BLOCK, ltree);
1117     s->last_eob_len = ltree[END_BLOCK].Len;
1118 }
1119
1120 /* ===========================================================================
1121  * Set the data type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1122  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1123  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1124  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1125  */
1126 local void set_data_type(s)
1127     deflate_state *s;
1128 {
1129     int n = 0;
1130     unsigned ascii_freq = 0;
1131     unsigned bin_freq = 0;
1132     while (n < 7)        bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1133     while (n < 128)    ascii_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1134     while (n < LITERALS) bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1135     s->data_type = (Byte)(bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? Z_BINARY : Z_ASCII);
1136 }
1137
1138 /* ===========================================================================
1139  * Reverse the first len bits of a code, using straightforward code (a faster
1140  * method would use a table)
1141  * IN assertion: 1 <= len <= 15
1142  */
1143 local unsigned bi_reverse(code, len)
1144     unsigned code; /* the value to invert */
1145     int len;       /* its bit length */
1146 {
1147     register unsigned res = 0;
1148     do {
1149         res |= code & 1;
1150         code >>= 1, res <<= 1;
1151     } while (--len > 0);
1152     return res >> 1;
1153 }
1154
1155 /* ===========================================================================
1156  * Flush the bit buffer, keeping at most 7 bits in it.
1157  */
1158 local void bi_flush(s)
1159     deflate_state *s;
1160 {
1161     if (s->bi_valid == 16) {
1162         put_short(s, s->bi_buf);
1163         s->bi_buf = 0;
1164         s->bi_valid = 0;
1165     } else if (s->bi_valid >= 8) {
1166         put_byte(s, (Byte)s->bi_buf);
1167         s->bi_buf >>= 8;
1168         s->bi_valid -= 8;
1169     }
1170 }
1171
1172 /* ===========================================================================
1173  * Flush the bit buffer and align the output on a byte boundary
1174  */
1175 local void bi_windup(s)
1176     deflate_state *s;
1177 {
1178     if (s->bi_valid > 8) {
1179         put_short(s, s->bi_buf);
1180     } else if (s->bi_valid > 0) {
1181         put_byte(s, (Byte)s->bi_buf);
1182     }
1183     s->bi_buf = 0;
1184     s->bi_valid = 0;
1185 #ifdef DEBUG
1186     s->bits_sent = (s->bits_sent+7) & ~7;
1187 #endif
1188 }
1189
1190 /* ===========================================================================
1191  * Copy a stored block, storing first the length and its
1192  * one's complement if requested.
1193  */
1194 local void copy_block(s, buf, len, header)
1195     deflate_state *s;
1196     charf    *buf;    /* the input data */
1197     unsigned len;     /* its length */
1198     int      header;  /* true if block header must be written */
1199 {
1200     bi_windup(s);        /* align on byte boundary */
1201     s->last_eob_len = 8; /* enough lookahead for inflate */
1202
1203     if (header) {
1204         put_short(s, (ush)len);   
1205         put_short(s, (ush)~len);
1206 #ifdef DEBUG
1207         s->bits_sent += 2*16;
1208 #endif
1209     }
1210 #ifdef DEBUG
1211     s->bits_sent += (ulg)len<<3;
1212 #endif
1213     while (len--) {
1214         put_byte(s, *buf++);
1215     }
1216 }