Merge commit 'upstream/1.4'
[debian/gzip] / trees.c
1 /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
2
3    Copyright (C) 1997-1999, 2009-2010 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 3, 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 pad, 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. If pad is set, pads the block to the next
66  *          byte. Returns the total compressed length for the file so
67  *          far.
68  * */
69
70 #include <config.h>
71 #include <ctype.h>
72
73 #include "tailor.h"
74 #include "gzip.h"
75
76 /* ===========================================================================
77  * Constants
78  */
79
80 #define MAX_BITS 15
81 /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
82
83 #define MAX_BL_BITS 7
84 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
85
86 #define LENGTH_CODES 29
87 /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
88
89 #define LITERALS  256
90 /* number of literal bytes 0..255 */
91
92 #define END_BLOCK 256
93 /* end of block literal code */
94
95 #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
96 /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
97
98 #define D_CODES   30
99 /* number of distance codes */
100
101 #define BL_CODES  19
102 /* number of codes used to transfer the bit lengths */
103
104
105 local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
106    = {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};
107
108 local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
109    = {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};
110
111 local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
112    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
113
114 #define STORED_BLOCK 0
115 #define STATIC_TREES 1
116 #define DYN_TREES    2
117 /* The three kinds of block type */
118
119 #ifndef LIT_BUFSIZE
120 #  ifdef SMALL_MEM
121 #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
122 #  else
123 #  ifdef MEDIUM_MEM
124 #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
125 #  else
126 #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
127 #  endif
128 #  endif
129 #endif
130 #ifndef DIST_BUFSIZE
131 #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
132 #endif
133 /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
134  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
135  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
136  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
137  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
138  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
139  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
140  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
141  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
142  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
143  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
144  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
145  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
146  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
147  *     more frequently.
148  *   - I can't count above 4
149  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
150  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
151  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
152  */
153 #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
154     error cannot overlay l_buf and inbuf
155 #endif
156
157 #define REP_3_6      16
158 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
159
160 #define REPZ_3_10    17
161 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
162
163 #define REPZ_11_138  18
164 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
165
166 /* ===========================================================================
167  * Local data
168  */
169
170 /* Data structure describing a single value and its code string. */
171 typedef struct ct_data {
172     union {
173         ush  freq;       /* frequency count */
174         ush  code;       /* bit string */
175     } fc;
176     union {
177         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
178         ush  len;        /* length of bit string */
179     } dl;
180 } ct_data;
181
182 #define Freq fc.freq
183 #define Code fc.code
184 #define Dad  dl.dad
185 #define Len  dl.len
186
187 #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
188 /* maximum heap size */
189
190 local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
191 local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
192
193 local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
194 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
195  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
196  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
197  * below).
198  */
199
200 local ct_data near static_dtree[D_CODES];
201 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
202  * 5 bits.)
203  */
204
205 local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
206 /* Huffman tree for the bit lengths */
207
208 typedef struct tree_desc {
209     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
210     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
211     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
212     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
213     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
214     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
215     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
216 } tree_desc;
217
218 local tree_desc near l_desc =
219 {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
220
221 local tree_desc near d_desc =
222 {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
223
224 local tree_desc near bl_desc =
225 {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
226
227
228 local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
229 /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
230
231 local uch near bl_order[BL_CODES]
232    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
233 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
234  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
235  */
236
237 local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
238 local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
239 local int heap_max;               /* element of largest frequency */
240 /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
241  * The same heap array is used to build all trees.
242  */
243
244 local uch near depth[2*L_CODES+1];
245 /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
246
247 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
248 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
249
250 local uch dist_code[512];
251 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
252  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
253  * the 15 bit distances.
254  */
255
256 local int near base_length[LENGTH_CODES];
257 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
258
259 local int near base_dist[D_CODES];
260 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
261
262 #define l_buf inbuf
263 /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
264
265 /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
266
267 local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
268 /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
269  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
270  */
271
272 local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
273 local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
274 local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
275 local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
276 local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
277 /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
278  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
279  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
280  */
281
282 local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
283 local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
284
285 local off_t compressed_len; /* total bit length of compressed file */
286
287 local off_t input_len;      /* total byte length of input file */
288 /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
289
290 ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
291 int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
292
293 #ifdef DEBUG
294 extern off_t bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
295 #endif
296
297 extern long block_start;       /* window offset of current block */
298 extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
299
300 /* ===========================================================================
301  * Local (static) routines in this file.
302  */
303
304 local void init_block     OF((void));
305 local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
306 local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
307 local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
308 local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
309 local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
310 local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
311 local int  build_bl_tree  OF((void));
312 local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
313 local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
314 local void set_file_type  OF((void));
315
316
317 #ifndef DEBUG
318 #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
319    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
320
321 #else /* DEBUG */
322 #  define send_code(c, tree) \
323      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
324        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
325 #endif
326
327 #define d_code(dist) \
328    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
329 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
330  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
331  * used.
332  */
333
334 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
335 /* the arguments must not have side effects */
336
337 /* ===========================================================================
338  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
339  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
340  * (DEFLATE/STORE).
341  */
342 void ct_init(attr, methodp)
343     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
344     int  *methodp; /* pointer to compression method */
345 {
346     int n;        /* iterates over tree elements */
347     int bits;     /* bit counter */
348     int length;   /* length value */
349     int code;     /* code value */
350     int dist;     /* distance index */
351
352     file_type = attr;
353     file_method = methodp;
354     compressed_len = input_len = 0L;
355
356     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
357
358     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
359     length = 0;
360     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
361         base_length[code] = length;
362         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
363             length_code[length++] = (uch)code;
364         }
365     }
366     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
367     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
368      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
369      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
370      */
371     length_code[length-1] = (uch)code;
372
373     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
374     dist = 0;
375     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
376         base_dist[code] = dist;
377         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
378             dist_code[dist++] = (uch)code;
379         }
380     }
381     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
382     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
383     for ( ; code < D_CODES; code++) {
384         base_dist[code] = dist << 7;
385         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
386             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
387         }
388     }
389     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
390
391     /* Construct the codes of the static literal tree */
392     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
393     n = 0;
394     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
395     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
396     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
397     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
398     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
399      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
400      * all ones)
401      */
402     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
403
404     /* The static distance tree is trivial: */
405     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
406         static_dtree[n].Len = 5;
407         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
408     }
409
410     /* Initialize the first block of the first file: */
411     init_block();
412 }
413
414 /* ===========================================================================
415  * Initialize a new block.
416  */
417 local void init_block()
418 {
419     int n; /* iterates over tree elements */
420
421     /* Initialize the trees. */
422     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
423     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
424     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
425
426     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
427     opt_len = static_len = 0L;
428     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
429     flags = 0; flag_bit = 1;
430 }
431
432 #define SMALLEST 1
433 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
434
435
436 /* ===========================================================================
437  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
438  * one less element. Updates heap and heap_len.
439  */
440 #define pqremove(tree, top) \
441 {\
442     top = heap[SMALLEST]; \
443     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
444     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
445 }
446
447 /* ===========================================================================
448  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
449  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
450  */
451 #define smaller(tree, n, m) \
452    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
453    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
454
455 /* ===========================================================================
456  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
457  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
458  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
459  * two sons).
460  */
461 local void pqdownheap(tree, k)
462     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
463     int k;               /* node to move down */
464 {
465     int v = heap[k];
466     int j = k << 1;  /* left son of k */
467     while (j <= heap_len) {
468         /* Set j to the smallest of the two sons: */
469         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
470
471         /* Exit if v is smaller than both sons */
472         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
473
474         /* Exchange v with the smallest son */
475         heap[k] = heap[j];  k = j;
476
477         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
478         j <<= 1;
479     }
480     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(desc)
494     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
495 {
496     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
497     int near *extra     = desc->extra_bits;
498     int base            = desc->extra_base;
499     int max_code        = desc->max_code;
500     int max_length      = desc->max_length;
501     ct_data near *stree = desc->static_tree;
502     int h;              /* heap index */
503     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
504     int bits;           /* bit length */
505     int xbits;          /* extra bits */
506     ush f;              /* frequency */
507     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
508
509     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
510
511     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
512      * overflow in the case of the bit length tree).
513      */
514     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
515
516     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
517         n = heap[h];
518         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
519         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
520         tree[n].Len = (ush)bits;
521         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
522
523         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
524
525         bl_count[bits]++;
526         xbits = 0;
527         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
528         f = tree[n].Freq;
529         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
530         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
531     }
532     if (overflow == 0) return;
533
534     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
535     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
536
537     /* Find the first bit length which could increase: */
538     do {
539         bits = max_length-1;
540         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
541         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
542         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
543         bl_count[max_length]--;
544         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
545          * but this does not affect bl_count[max_length]
546          */
547         overflow -= 2;
548     } while (overflow > 0);
549
550     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
551      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
552      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
553      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
554      */
555     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
556         n = bl_count[bits];
557         while (n != 0) {
558             m = heap[--h];
559             if (m > max_code) continue;
560             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
561                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
562                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
563                 tree[m].Len = (ush)bits;
564             }
565             n--;
566         }
567     }
568 }
569
570 /* ===========================================================================
571  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
572  * optimal).
573  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
574  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
575  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
576  *     zero code length.
577  */
578 local void gen_codes (tree, max_code)
579     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
580     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
581 {
582     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
583     ush code = 0;              /* running code value */
584     int bits;                  /* bit index */
585     int n;                     /* code index */
586
587     /* The distribution counts are first used to generate the code values
588      * without bit reversal.
589      */
590     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
591         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
592     }
593     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
594      * must be all ones.
595      */
596     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
597             "inconsistent bit counts");
598     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
599
600     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
601         int len = tree[n].Len;
602         if (len == 0) continue;
603         /* Now reverse the bits */
604         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
605
606         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
607              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
608     }
609 }
610
611 /* ===========================================================================
612  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
613  * Update the total bit length for the current block.
614  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
615  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
616  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
617  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
618  */
619 local void build_tree(desc)
620     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
621 {
622     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
623     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
624     int elems            = desc->elems;
625     int n, m;          /* iterate over heap elements */
626     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
627     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
628
629     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
630      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
631      * heap[0] is not used.
632      */
633     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
634
635     for (n = 0; n < elems; n++) {
636         if (tree[n].Freq != 0) {
637             heap[++heap_len] = max_code = n;
638             depth[n] = 0;
639         } else {
640             tree[n].Len = 0;
641         }
642     }
643
644     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
645      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
646      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
647      * two codes of non zero frequency.
648      */
649     while (heap_len < 2) {
650         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
651         tree[new].Freq = 1;
652         depth[new] = 0;
653         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
654         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
655     }
656     desc->max_code = max_code;
657
658     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
659      * establish sub-heaps of increasing lengths:
660      */
661     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
662
663     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
664      * frequent nodes.
665      */
666     do {
667         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
668         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
669
670         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
671         heap[--heap_max] = m;
672
673         /* Create a new node father of n and m */
674         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
675         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
676         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
677 #ifdef DUMP_BL_TREE
678         if (tree == bl_tree) {
679             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
680                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
681         }
682 #endif
683         /* and insert the new node in the heap */
684         heap[SMALLEST] = node++;
685         pqdownheap(tree, SMALLEST);
686
687     } while (heap_len >= 2);
688
689     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
690
691     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
692      * generate the bit lengths.
693      */
694     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
695
696     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
697     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
698 }
699
700 /* ===========================================================================
701  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
702  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
703  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
704  * during the construction of bl_tree.)
705  */
706 local void scan_tree (tree, max_code)
707     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
708     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
709 {
710     int n;                     /* iterates over all tree elements */
711     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
712     int curlen;                /* length of current code */
713     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
714     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
715     int max_count = 7;         /* max repeat count */
716     int min_count = 4;         /* min repeat count */
717
718     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
719     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
720
721     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
722         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
723         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
724             continue;
725         } else if (count < min_count) {
726             bl_tree[curlen].Freq += count;
727         } else if (curlen != 0) {
728             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
729             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
730         } else if (count <= 10) {
731             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
732         } else {
733             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
734         }
735         count = 0; prevlen = curlen;
736         if (nextlen == 0) {
737             max_count = 138, min_count = 3;
738         } else if (curlen == nextlen) {
739             max_count = 6, min_count = 3;
740         } else {
741             max_count = 7, min_count = 4;
742         }
743     }
744 }
745
746 /* ===========================================================================
747  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
748  * bl_tree.
749  */
750 local void send_tree (tree, max_code)
751     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
752     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
753 {
754     int n;                     /* iterates over all tree elements */
755     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
756     int curlen;                /* length of current code */
757     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
758     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
759     int max_count = 7;         /* max repeat count */
760     int min_count = 4;         /* min repeat count */
761
762     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
763     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
764
765     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
766         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
767         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
768             continue;
769         } else if (count < min_count) {
770             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
771
772         } else if (curlen != 0) {
773             if (curlen != prevlen) {
774                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
775             }
776             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
777             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
778
779         } else if (count <= 10) {
780             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
781
782         } else {
783             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
784         }
785         count = 0; prevlen = curlen;
786         if (nextlen == 0) {
787             max_count = 138, min_count = 3;
788         } else if (curlen == nextlen) {
789             max_count = 6, min_count = 3;
790         } else {
791             max_count = 7, min_count = 4;
792         }
793     }
794 }
795
796 /* ===========================================================================
797  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
798  * bl_order of the last bit length code to send.
799  */
800 local int build_bl_tree()
801 {
802     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
803
804     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
805     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
806     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
807
808     /* Build the bit length tree: */
809     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
810     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
811      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
812      */
813
814     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
815      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
816      * 3 but the actual value used is 4.)
817      */
818     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
819         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
820     }
821     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
822     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
823     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
824
825     return max_blindex;
826 }
827
828 /* ===========================================================================
829  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
830  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
831  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
832  */
833 local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
834     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
835 {
836     int rank;                    /* index in bl_order */
837
838     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
839     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
840             "too many codes");
841     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
842     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
843     send_bits(dcodes-1,   5);
844     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
845     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
846         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
847         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
848     }
849
850     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
851
852     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
853 }
854
855 /* ===========================================================================
856  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
857  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
858  * returns the total compressed length for the file so far.
859  */
860 off_t flush_block(buf, stored_len, pad, eof)
861     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
862     ulg stored_len;   /* length of input block */
863     int pad;          /* pad output to byte boundary */
864     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
865 {
866     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
867     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
868
869     flag_buf[last_flags] = flags; /* Save the flags for the last 8 items */
870
871      /* Check if the file is ascii or binary */
872     if (*file_type == (ush)UNKNOWN) set_file_type();
873
874     /* Construct the literal and distance trees */
875     build_tree((tree_desc near *)(&l_desc));
876     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
877
878     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
879     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %lu, stat %lu", opt_len, static_len));
880     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
881      * the compressed block data, excluding the tree representations.
882      */
883
884     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
885      * in bl_order of the last bit length code to send.
886      */
887     max_blindex = build_bl_tree();
888
889     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
890     opt_lenb = (opt_len+3+7)>>3;
891     static_lenb = (static_len+3+7)>>3;
892     input_len += stored_len; /* for debugging only */
893
894     Trace((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u dist %u ",
895             opt_lenb, opt_len, static_lenb, static_len, stored_len,
896             last_lit, last_dist));
897
898     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
899
900     /* If compression failed and this is the first and last block,
901      * and if the zip file can be seeked (to rewrite the local header),
902      * the whole file is transformed into a stored file:
903      */
904 #ifdef FORCE_METHOD
905     if (level == 1 && eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
906 #else
907     if (stored_len <= opt_lenb && eof && compressed_len == 0L && seekable()) {
908 #endif
909         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
910         if (!buf)
911           gzip_error ("block vanished");
912
913         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
914         compressed_len = stored_len << 3;
915         *file_method = STORED;
916
917 #ifdef FORCE_METHOD
918     } else if (level == 2 && buf != (char*)0) { /* force stored block */
919 #else
920     } else if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
921                        /* 4: two words for the lengths */
922 #endif
923         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
924          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
925          * the last block flush, because compression would have been
926          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
927          * transform a block into a stored block.
928          */
929         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
930         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
931         compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
932
933         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
934
935 #ifdef FORCE_METHOD
936     } else if (level == 3) { /* force static trees */
937 #else
938     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
939 #endif
940         send_bits((STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
941         compress_block((ct_data near *)static_ltree, (ct_data near *)static_dtree);
942         compressed_len += 3 + static_len;
943     } else {
944         send_bits((DYN_TREES<<1)+eof, 3);
945         send_all_trees(l_desc.max_code+1, d_desc.max_code+1, max_blindex+1);
946         compress_block((ct_data near *)dyn_ltree, (ct_data near *)dyn_dtree);
947         compressed_len += 3 + opt_len;
948     }
949     Assert (compressed_len == bits_sent, "bad compressed size");
950     init_block();
951
952     if (eof) {
953         Assert (input_len == bytes_in, "bad input size");
954         bi_windup();
955         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
956     } else if (pad && (compressed_len % 8) != 0) {
957         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
958         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
959         copy_block(buf, 0, 1); /* with header */
960     }
961
962     return compressed_len >> 3;
963 }
964
965 /* ===========================================================================
966  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
967  * the current block must be flushed.
968  */
969 int ct_tally (dist, lc)
970     int dist;  /* distance of matched string */
971     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
972 {
973     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
974     if (dist == 0) {
975         /* lc is the unmatched char */
976         dyn_ltree[lc].Freq++;
977     } else {
978         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
979         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
980         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
981                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
982                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
983
984         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
985         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
986
987         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
988         flags |= flag_bit;
989     }
990     flag_bit <<= 1;
991
992     /* Output the flags if they fill a byte: */
993     if ((last_lit & 7) == 0) {
994         flag_buf[last_flags++] = flags;
995         flags = 0, flag_bit = 1;
996     }
997     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
998     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
999         /* Compute an upper bound for the compressed length */
1000         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
1001         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
1002         int dcode;
1003         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
1004             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
1005         }
1006         out_length >>= 3;
1007         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
1008                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
1009                100L - out_length*100L/in_length));
1010         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
1011     }
1012     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
1013     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
1014      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
1015      * 64K-1 bytes.
1016      */
1017 }
1018
1019 /* ===========================================================================
1020  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
1021  */
1022 local void compress_block(ltree, dtree)
1023     ct_data near *ltree; /* literal tree */
1024     ct_data near *dtree; /* distance tree */
1025 {
1026     unsigned dist;      /* distance of matched string */
1027     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
1028     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
1029     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
1030     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
1031     uch flag = 0;       /* current flags */
1032     unsigned code;      /* the code to send */
1033     int extra;          /* number of extra bits to send */
1034
1035     if (last_lit != 0) do {
1036         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
1037         lc = l_buf[lx++];
1038         if ((flag & 1) == 0) {
1039             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
1040             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1041         } else {
1042             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1043             code = length_code[lc];
1044             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1045             extra = extra_lbits[code];
1046             if (extra != 0) {
1047                 lc -= base_length[code];
1048                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
1049             }
1050             dist = d_buf[dx++];
1051             /* Here, dist is the match distance - 1 */
1052             code = d_code(dist);
1053             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1054
1055             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
1056             extra = extra_dbits[code];
1057             if (extra != 0) {
1058                 dist -= base_dist[code];
1059                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1060             }
1061         } /* literal or match pair ? */
1062         flag >>= 1;
1063     } while (lx < last_lit);
1064
1065     send_code(END_BLOCK, ltree);
1066 }
1067
1068 /* ===========================================================================
1069  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1070  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1071  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1072  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1073  */
1074 local void set_file_type()
1075 {
1076     int n = 0;
1077     unsigned ascii_freq = 0;
1078     unsigned bin_freq = 0;
1079     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1080     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1081     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
1082     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
1083     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
1084         warning ("-l used on binary file");
1085     }
1086 }