Imported Upstream version 1.3.12
[debian/gzip] / trees.c
1 /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
2
3    Copyright (C) 1997, 1998, 1999 Free Software Foundation, Inc.
4    Copyright (C) 1992-1993 Jean-loup Gailly
5
6    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7    it under the terms of the GNU General Public License as published by
8    the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
9    any later version.
10
11    This program is distributed in the hope that it will be useful,
12    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14    GNU General Public License for more details.
15
16    You should have received a copy of the GNU General Public License
17    along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
18    Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.  */
19
20 /*
21  *  PURPOSE
22  *
23  *      Encode various sets of source values using variable-length
24  *      binary code trees.
25  *
26  *  DISCUSSION
27  *
28  *      The PKZIP "deflation" process uses several Huffman trees. The more
29  *      common source values are represented by shorter bit sequences.
30  *
31  *      Each code tree is stored in the ZIP file in a compressed form
32  *      which is itself a Huffman encoding of the lengths of
33  *      all the code strings (in ascending order by source values).
34  *      The actual code strings are reconstructed from the lengths in
35  *      the UNZIP process, as described in the "application note"
36  *      (APPNOTE.TXT) distributed as part of PKWARE's PKZIP program.
37  *
38  *  REFERENCES
39  *
40  *      Lynch, Thomas J.
41  *          Data Compression:  Techniques and Applications, pp. 53-55.
42  *          Lifetime Learning Publications, 1985.  ISBN 0-534-03418-7.
43  *
44  *      Storer, James A.
45  *          Data Compression:  Methods and Theory, pp. 49-50.
46  *          Computer Science Press, 1988.  ISBN 0-7167-8156-5.
47  *
48  *      Sedgewick, R.
49  *          Algorithms, p290.
50  *          Addison-Wesley, 1983. ISBN 0-201-06672-6.
51  *
52  *  INTERFACE
53  *
54  *      void ct_init (ush *attr, int *methodp)
55  *          Allocate the match buffer, initialize the various tables and save
56  *          the location of the internal file attribute (ascii/binary) and
57  *          method (DEFLATE/STORE)
58  *
59  *      void ct_tally (int dist, int lc);
60  *          Save the match info and tally the frequency counts.
61  *
62  *      off_t flush_block (char *buf, ulg stored_len, int eof)
63  *          Determine the best encoding for the current block: dynamic trees,
64  *          static trees or store, and output the encoded block to the zip
65  *          file. Returns the total compressed length for the file so far.
66  *
67  */
68
69 #include <config.h>
70 #include <ctype.h>
71
72 #include "tailor.h"
73 #include "gzip.h"
74
75 #ifdef RCSID
76 static char rcsid[] = "$Id: trees.c,v 1.4 2006/11/20 08:40:33 eggert Exp $";
77 #endif
78
79 /* ===========================================================================
80  * Constants
81  */
82
83 #define MAX_BITS 15
84 /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
85
86 #define MAX_BL_BITS 7
87 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
88
89 #define LENGTH_CODES 29
90 /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
91
92 #define LITERALS  256
93 /* number of literal bytes 0..255 */
94
95 #define END_BLOCK 256
96 /* end of block literal code */
97
98 #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
99 /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
100
101 #define D_CODES   30
102 /* number of distance codes */
103
104 #define BL_CODES  19
105 /* number of codes used to transfer the bit lengths */
106
107
108 local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
109    = {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};
110
111 local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
112    = {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};
113
114 local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
115    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
116
117 #define STORED_BLOCK 0
118 #define STATIC_TREES 1
119 #define DYN_TREES    2
120 /* The three kinds of block type */
121
122 #ifndef LIT_BUFSIZE
123 #  ifdef SMALL_MEM
124 #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
125 #  else
126 #  ifdef MEDIUM_MEM
127 #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
128 #  else
129 #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
130 #  endif
131 #  endif
132 #endif
133 #ifndef DIST_BUFSIZE
134 #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
135 #endif
136 /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
137  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
138  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
139  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
140  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
141  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
142  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
143  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
144  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
145  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
146  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
147  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
148  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
149  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
150  *     more frequently.
151  *   - I can't count above 4
152  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
153  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
154  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
155  */
156 #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
157     error cannot overlay l_buf and inbuf
158 #endif
159
160 #define REP_3_6      16
161 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
162
163 #define REPZ_3_10    17
164 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
165
166 #define REPZ_11_138  18
167 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
168
169 /* ===========================================================================
170  * Local data
171  */
172
173 /* Data structure describing a single value and its code string. */
174 typedef struct ct_data {
175     union {
176         ush  freq;       /* frequency count */
177         ush  code;       /* bit string */
178     } fc;
179     union {
180         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
181         ush  len;        /* length of bit string */
182     } dl;
183 } ct_data;
184
185 #define Freq fc.freq
186 #define Code fc.code
187 #define Dad  dl.dad
188 #define Len  dl.len
189
190 #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
191 /* maximum heap size */
192
193 local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
194 local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
195
196 local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
197 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
198  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
199  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
200  * below).
201  */
202
203 local ct_data near static_dtree[D_CODES];
204 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
205  * 5 bits.)
206  */
207
208 local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
209 /* Huffman tree for the bit lengths */
210
211 typedef struct tree_desc {
212     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
213     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
214     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
215     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
216     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
217     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
218     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
219 } tree_desc;
220
221 local tree_desc near l_desc =
222 {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
223
224 local tree_desc near d_desc =
225 {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
226
227 local tree_desc near bl_desc =
228 {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
229
230
231 local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
232 /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
233
234 local uch near bl_order[BL_CODES]
235    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
236 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
237  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
238  */
239
240 local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
241 local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
242 local int heap_max;               /* element of largest frequency */
243 /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
244  * The same heap array is used to build all trees.
245  */
246
247 local uch near depth[2*L_CODES+1];
248 /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
249
250 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
251 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
252
253 local uch dist_code[512];
254 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
255  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
256  * the 15 bit distances.
257  */
258
259 local int near base_length[LENGTH_CODES];
260 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
261
262 local int near base_dist[D_CODES];
263 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
264
265 #define l_buf inbuf
266 /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
267
268 /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
269
270 local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
271 /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
272  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
273  */
274
275 local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
276 local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
277 local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
278 local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
279 local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
280 /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
281  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
282  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
283  */
284
285 local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
286 local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
287
288 local off_t compressed_len; /* total bit length of compressed file */
289
290 local off_t input_len;      /* total byte length of input file */
291 /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
292
293 ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
294 int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
295
296 #ifdef DEBUG
297 extern off_t bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
298 #endif
299
300 extern long block_start;       /* window offset of current block */
301 extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
302
303 /* ===========================================================================
304  * Local (static) routines in this file.
305  */
306
307 local void init_block     OF((void));
308 local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
309 local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
310 local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
311 local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
312 local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
313 local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
314 local int  build_bl_tree  OF((void));
315 local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
316 local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
317 local void set_file_type  OF((void));
318
319
320 #ifndef DEBUG
321 #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
322    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
323
324 #else /* DEBUG */
325 #  define send_code(c, tree) \
326      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
327        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
328 #endif
329
330 #define d_code(dist) \
331    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
332 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
333  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
334  * used.
335  */
336
337 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
338 /* the arguments must not have side effects */
339
340 /* ===========================================================================
341  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
342  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
343  * (DEFLATE/STORE).
344  */
345 void ct_init(attr, methodp)
346     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
347     int  *methodp; /* pointer to compression method */
348 {
349     int n;        /* iterates over tree elements */
350     int bits;     /* bit counter */
351     int length;   /* length value */
352     int code;     /* code value */
353     int dist;     /* distance index */
354
355     file_type = attr;
356     file_method = methodp;
357     compressed_len = input_len = 0L;
358
359     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
360
361     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
362     length = 0;
363     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
364         base_length[code] = length;
365         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
366             length_code[length++] = (uch)code;
367         }
368     }
369     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
370     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
371      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
372      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
373      */
374     length_code[length-1] = (uch)code;
375
376     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
377     dist = 0;
378     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
379         base_dist[code] = dist;
380         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
381             dist_code[dist++] = (uch)code;
382         }
383     }
384     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
385     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
386     for ( ; code < D_CODES; code++) {
387         base_dist[code] = dist << 7;
388         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
389             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
390         }
391     }
392     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
393
394     /* Construct the codes of the static literal tree */
395     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
396     n = 0;
397     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
398     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
399     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
400     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
401     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
402      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
403      * all ones)
404      */
405     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
406
407     /* The static distance tree is trivial: */
408     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
409         static_dtree[n].Len = 5;
410         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
411     }
412
413     /* Initialize the first block of the first file: */
414     init_block();
415 }
416
417 /* ===========================================================================
418  * Initialize a new block.
419  */
420 local void init_block()
421 {
422     int n; /* iterates over tree elements */
423
424     /* Initialize the trees. */
425     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
426     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
427     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
428
429     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
430     opt_len = static_len = 0L;
431     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
432     flags = 0; flag_bit = 1;
433 }
434
435 #define SMALLEST 1
436 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
437
438
439 /* ===========================================================================
440  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
441  * one less element. Updates heap and heap_len.
442  */
443 #define pqremove(tree, top) \
444 {\
445     top = heap[SMALLEST]; \
446     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
447     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
448 }
449
450 /* ===========================================================================
451  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
452  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
453  */
454 #define smaller(tree, n, m) \
455    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
456    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
457
458 /* ===========================================================================
459  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
460  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
461  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
462  * two sons).
463  */
464 local void pqdownheap(tree, k)
465     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
466     int k;               /* node to move down */
467 {
468     int v = heap[k];
469     int j = k << 1;  /* left son of k */
470     while (j <= heap_len) {
471         /* Set j to the smallest of the two sons: */
472         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
473
474         /* Exit if v is smaller than both sons */
475         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
476
477         /* Exchange v with the smallest son */
478         heap[k] = heap[j];  k = j;
479
480         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
481         j <<= 1;
482     }
483     heap[k] = v;
484 }
485
486 /* ===========================================================================
487  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
488  * for the current block.
489  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
490  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
491  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
492  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
493  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
494  *     not null.
495  */
496 local void gen_bitlen(desc)
497     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
498 {
499     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
500     int near *extra     = desc->extra_bits;
501     int base            = desc->extra_base;
502     int max_code        = desc->max_code;
503     int max_length      = desc->max_length;
504     ct_data near *stree = desc->static_tree;
505     int h;              /* heap index */
506     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
507     int bits;           /* bit length */
508     int xbits;          /* extra bits */
509     ush f;              /* frequency */
510     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
511
512     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
513
514     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
515      * overflow in the case of the bit length tree).
516      */
517     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
518
519     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
520         n = heap[h];
521         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
522         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
523         tree[n].Len = (ush)bits;
524         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
525
526         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
527
528         bl_count[bits]++;
529         xbits = 0;
530         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
531         f = tree[n].Freq;
532         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
533         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
534     }
535     if (overflow == 0) return;
536
537     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
538     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
539
540     /* Find the first bit length which could increase: */
541     do {
542         bits = max_length-1;
543         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
544         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
545         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
546         bl_count[max_length]--;
547         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
548          * but this does not affect bl_count[max_length]
549          */
550         overflow -= 2;
551     } while (overflow > 0);
552
553     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
554      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
555      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
556      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
557      */
558     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
559         n = bl_count[bits];
560         while (n != 0) {
561             m = heap[--h];
562             if (m > max_code) continue;
563             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
564                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
565                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
566                 tree[m].Len = (ush)bits;
567             }
568             n--;
569         }
570     }
571 }
572
573 /* ===========================================================================
574  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
575  * optimal).
576  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
577  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
578  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
579  *     zero code length.
580  */
581 local void gen_codes (tree, max_code)
582     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
583     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
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         Tracec(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(desc)
623     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
624 {
625     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
626     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
627     int elems            = desc->elems;
628     int n, m;          /* iterate over heap elements */
629     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
630     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
631
632     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
633      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
634      * heap[0] is not used.
635      */
636     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
637
638     for (n = 0; n < elems; n++) {
639         if (tree[n].Freq != 0) {
640             heap[++heap_len] = max_code = n;
641             depth[n] = 0;
642         } else {
643             tree[n].Len = 0;
644         }
645     }
646
647     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
648      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
649      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
650      * two codes of non zero frequency.
651      */
652     while (heap_len < 2) {
653         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
654         tree[new].Freq = 1;
655         depth[new] = 0;
656         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
657         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
658     }
659     desc->max_code = max_code;
660
661     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
662      * establish sub-heaps of increasing lengths:
663      */
664     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
665
666     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
667      * frequent nodes.
668      */
669     do {
670         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
671         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
672
673         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
674         heap[--heap_max] = m;
675
676         /* Create a new node father of n and m */
677         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
678         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
679         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
680 #ifdef DUMP_BL_TREE
681         if (tree == bl_tree) {
682             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
683                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
684         }
685 #endif
686         /* and insert the new node in the heap */
687         heap[SMALLEST] = node++;
688         pqdownheap(tree, SMALLEST);
689
690     } while (heap_len >= 2);
691
692     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
693
694     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
695      * generate the bit lengths.
696      */
697     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
698
699     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
700     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
701 }
702
703 /* ===========================================================================
704  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
705  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
706  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
707  * during the construction of bl_tree.)
708  */
709 local void scan_tree (tree, max_code)
710     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
711     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
712 {
713     int n;                     /* iterates over all tree elements */
714     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
715     int curlen;                /* length of current code */
716     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
717     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
718     int max_count = 7;         /* max repeat count */
719     int min_count = 4;         /* min repeat count */
720
721     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
722     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
723
724     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
725         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
726         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
727             continue;
728         } else if (count < min_count) {
729             bl_tree[curlen].Freq += count;
730         } else if (curlen != 0) {
731             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
732             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
733         } else if (count <= 10) {
734             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
735         } else {
736             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
737         }
738         count = 0; prevlen = curlen;
739         if (nextlen == 0) {
740             max_count = 138, min_count = 3;
741         } else if (curlen == nextlen) {
742             max_count = 6, min_count = 3;
743         } else {
744             max_count = 7, min_count = 4;
745         }
746     }
747 }
748
749 /* ===========================================================================
750  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
751  * bl_tree.
752  */
753 local void send_tree (tree, max_code)
754     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
755     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
756 {
757     int n;                     /* iterates over all tree elements */
758     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
759     int curlen;                /* length of current code */
760     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
761     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
762     int max_count = 7;         /* max repeat count */
763     int min_count = 4;         /* min repeat count */
764
765     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
766     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
767
768     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
769         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
770         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
771             continue;
772         } else if (count < min_count) {
773             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
774
775         } else if (curlen != 0) {
776             if (curlen != prevlen) {
777                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
778             }
779             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
780             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
781
782         } else if (count <= 10) {
783             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
784
785         } else {
786             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
787         }
788         count = 0; prevlen = curlen;
789         if (nextlen == 0) {
790             max_count = 138, min_count = 3;
791         } else if (curlen == nextlen) {
792             max_count = 6, min_count = 3;
793         } else {
794             max_count = 7, min_count = 4;
795         }
796     }
797 }
798
799 /* ===========================================================================
800  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
801  * bl_order of the last bit length code to send.
802  */
803 local int build_bl_tree()
804 {
805     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
806
807     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
808     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
809     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
810
811     /* Build the bit length tree: */
812     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
813     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
814      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
815      */
816
817     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
818      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
819      * 3 but the actual value used is 4.)
820      */
821     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
822         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
823     }
824     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
825     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
826     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
827
828     return max_blindex;
829 }
830
831 /* ===========================================================================
832  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
833  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
834  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
835  */
836 local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
837     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
838 {
839     int rank;                    /* index in bl_order */
840
841     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
842     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
843             "too many codes");
844     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
845     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
846     send_bits(dcodes-1,   5);
847     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
848     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
849         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
850         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
851     }
852
853     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
854
855     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
856 }
857
858 /* ===========================================================================
859  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
860  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
861  * returns the total compressed length for the file so far.
862  */
863 off_t flush_block(buf, stored_len, eof)
864     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
865     ulg stored_len;   /* length of input block */
866     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
867 {
868     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
869     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
870
871     flag_buf[last_flags] = flags; /* Save the flags for the last 8 items */
872
873      /* Check if the file is ascii or binary */
874     if (*file_type == (ush)UNKNOWN) set_file_type();
875
876     /* Construct the literal and distance trees */
877     build_tree((tree_desc near *)(&l_desc));
878     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
879
880     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
881     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
882     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
883      * the compressed block data, excluding the tree representations.
884      */
885
886     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
887      * in bl_order of the last bit length code to send.
888      */
889     max_blindex = build_bl_tree();
890
891     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
892     opt_lenb = (opt_len+3+7)>>3;
893     static_lenb = (static_len+3+7)>>3;
894     input_len += stored_len; /* for debugging only */
895
896     Trace((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u dist %u ",
897             opt_lenb, opt_len, static_lenb, static_len, stored_len,
898             last_lit, last_dist));
899
900     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
901
902     /* If compression failed and this is the first and last block,
903      * and if the zip file can be seeked (to rewrite the local header),
904      * the whole file is transformed into a stored file:
905      */
906 #ifdef FORCE_METHOD
907     if (level == 1 && eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
908 #else
909     if (stored_len <= opt_lenb && eof && compressed_len == 0L && seekable()) {
910 #endif
911         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
912         if (!buf)
913           gzip_error ("block vanished");
914
915         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
916         compressed_len = stored_len << 3;
917         *file_method = STORED;
918
919 #ifdef FORCE_METHOD
920     } else if (level == 2 && buf != (char*)0) { /* force stored block */
921 #else
922     } else if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
923                        /* 4: two words for the lengths */
924 #endif
925         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
926          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
927          * the last block flush, because compression would have been
928          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
929          * transform a block into a stored block.
930          */
931         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
932         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
933         compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
934
935         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
936
937 #ifdef FORCE_METHOD
938     } else if (level == 3) { /* force static trees */
939 #else
940     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
941 #endif
942         send_bits((STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
943         compress_block((ct_data near *)static_ltree, (ct_data near *)static_dtree);
944         compressed_len += 3 + static_len;
945     } else {
946         send_bits((DYN_TREES<<1)+eof, 3);
947         send_all_trees(l_desc.max_code+1, d_desc.max_code+1, max_blindex+1);
948         compress_block((ct_data near *)dyn_ltree, (ct_data near *)dyn_dtree);
949         compressed_len += 3 + opt_len;
950     }
951     Assert (compressed_len == bits_sent, "bad compressed size");
952     init_block();
953
954     if (eof) {
955         Assert (input_len == bytes_in, "bad input size");
956         bi_windup();
957         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
958     }
959
960     return compressed_len >> 3;
961 }
962
963 /* ===========================================================================
964  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
965  * the current block must be flushed.
966  */
967 int ct_tally (dist, lc)
968     int dist;  /* distance of matched string */
969     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
970 {
971     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
972     if (dist == 0) {
973         /* lc is the unmatched char */
974         dyn_ltree[lc].Freq++;
975     } else {
976         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
977         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
978         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
979                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
980                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
981
982         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
983         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
984
985         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
986         flags |= flag_bit;
987     }
988     flag_bit <<= 1;
989
990     /* Output the flags if they fill a byte: */
991     if ((last_lit & 7) == 0) {
992         flag_buf[last_flags++] = flags;
993         flags = 0, flag_bit = 1;
994     }
995     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
996     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
997         /* Compute an upper bound for the compressed length */
998         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
999         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
1000         int dcode;
1001         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
1002             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
1003         }
1004         out_length >>= 3;
1005         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
1006                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
1007                100L - out_length*100L/in_length));
1008         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
1009     }
1010     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
1011     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
1012      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
1013      * 64K-1 bytes.
1014      */
1015 }
1016
1017 /* ===========================================================================
1018  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1019  */
1020 local void compress_block(ltree, dtree)
1021     ct_data near *ltree; /* literal tree */
1022     ct_data near *dtree; /* distance tree */
1023 {
1024     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1025     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1026     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1027     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
1028     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
1029     uch flag = 0;       /* current flags */
1030     unsigned code;      /* the code to send */
1031     int extra;          /* number of extra bits to send */
1032
1033     if (last_lit != 0) do {
1034         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
1035         lc = l_buf[lx++];
1036         if ((flag & 1) == 0) {
1037             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
1038             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1039         } else {
1040             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1041             code = length_code[lc];
1042             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1043             extra = extra_lbits[code];
1044             if (extra != 0) {
1045                 lc -= base_length[code];
1046                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
1047             }
1048             dist = d_buf[dx++];
1049             /* Here, dist is the match distance - 1 */
1050             code = d_code(dist);
1051             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1052
1053             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
1054             extra = extra_dbits[code];
1055             if (extra != 0) {
1056                 dist -= base_dist[code];
1057                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1058             }
1059         } /* literal or match pair ? */
1060         flag >>= 1;
1061     } while (lx < last_lit);
1062
1063     send_code(END_BLOCK, ltree);
1064 }
1065
1066 /* ===========================================================================
1067  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1068  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1069  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1070  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1071  */
1072 local void set_file_type()
1073 {
1074     int n = 0;
1075     unsigned ascii_freq = 0;
1076     unsigned bin_freq = 0;
1077     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1078     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1079     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1080     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
1081     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
1082         warning ("-l used on binary file");
1083     }
1084 }