]> git.lizzy.rs Git - zlib.git/blob - trees.c
zlib 0.95
[zlib.git] / trees.c
1 /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
2  * Copyright (C) 1995 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: trees.c,v 1.5 1995/05/03 17:27:12 jloup Exp $ */
33
34 #include "deflate.h"
35
36 #ifdef DEBUG
37 #  include <ctype.h>
38 #endif
39
40 /* ===========================================================================
41  * Constants
42  */
43
44 #define MAX_BL_BITS 7
45 /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
46
47 #define END_BLOCK 256
48 /* end of block literal code */
49
50 #define REP_3_6      16
51 /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
52
53 #define REPZ_3_10    17
54 /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
55
56 #define REPZ_11_138  18
57 /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
58
59 local int extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
60    = {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};
61
62 local int extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
63    = {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};
64
65 local int extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
66    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
67
68 local uch bl_order[BL_CODES]
69    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
70 /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
71  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
72  */
73
74 #define Buf_size (8 * 2*sizeof(char))
75 /* Number of bits used within bi_buf. (bi_buf might be implemented on
76  * more than 16 bits on some systems.)
77  */
78
79 /* ===========================================================================
80  * Local data. These are initialized only once.
81  * To do: initialize at compile time to be completely reentrant. ???
82  */
83
84 local ct_data static_ltree[L_CODES+2];
85 /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
86  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
87  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
88  * below).
89  */
90
91 local ct_data static_dtree[D_CODES];
92 /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
93  * 5 bits.)
94  */
95
96 local uch dist_code[512];
97 /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
98  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
99  * the 15 bit distances.
100  */
101
102 local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
103 /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
104
105 local int base_length[LENGTH_CODES];
106 /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
107
108 local int base_dist[D_CODES];
109 /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
110
111 struct static_tree_desc_s {
112     ct_data *static_tree;        /* static tree or NULL */
113     intf    *extra_bits;         /* extra bits for each code or NULL */
114     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
115     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
116     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
117 };
118
119 local static_tree_desc  static_l_desc =
120 {static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS};
121
122 local static_tree_desc  static_d_desc =
123 {static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS};
124
125 local static_tree_desc  static_bl_desc =
126 {(ct_data *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS};
127
128 /* ===========================================================================
129  * Local (static) routines in this file.
130  */
131
132 local void ct_static_init OF((void));
133 local void init_block     OF((deflate_state *s));
134 local void pqdownheap     OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int k));
135 local void gen_bitlen     OF((deflate_state *s, tree_desc *desc));
136 local void gen_codes      OF((ct_data *tree, int max_code, ushf *bl_count));
137 local void build_tree     OF((deflate_state *s, tree_desc *desc));
138 local void scan_tree      OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
139 local void send_tree      OF((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
140 local int  build_bl_tree  OF((deflate_state *s));
141 local void send_all_trees OF((deflate_state *s, int lcodes, int dcodes,
142                               int blcodes));
143 local void compress_block OF((deflate_state *s, ct_data *ltree,
144                               ct_data *dtree));
145 local void set_data_type  OF((deflate_state *s));
146 local unsigned bi_reverse OF((unsigned value, int length));
147 local void bi_windup      OF((deflate_state *s));
148 local void bi_flush       OF((deflate_state *s));
149 local void copy_block     OF((deflate_state *s, charf *buf, unsigned len,
150                               int header));
151
152 #ifndef DEBUG
153 #  define send_code(s, c, tree) send_bits(s, tree[c].Code, tree[c].Len)
154    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
155
156 #else /* DEBUG */
157 #  define send_code(s, c, tree) \
158      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
159        send_bits(s, tree[c].Code, tree[c].Len); }
160 #endif
161
162 #define d_code(dist) \
163    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
164 /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
165  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
166  * used.
167  */
168
169 /* ===========================================================================
170  * Output a short LSB first on the stream.
171  * IN assertion: there is enough room in pendingBuf.
172  */
173 #define put_short(s, w) { \
174     put_byte(s, (uch)((w) & 0xff)); \
175     put_byte(s, (uch)((ush)(w) >> 8)); \
176 }
177
178 /* ===========================================================================
179  * Send a value on a given number of bits.
180  * IN assertion: length <= 16 and value fits in length bits.
181  */
182 #ifdef DEBUG
183 local void send_bits      OF((deflate_state *s, int value, int length));
184
185 local void send_bits(s, value, length)
186     deflate_state *s;
187     int value;  /* value to send */
188     int length; /* number of bits */
189 {
190     Tracev((stderr," l %2d v %4x ", length, value));
191     Assert(length > 0 && length <= 15, "invalid length");
192     s->bits_sent += (ulg)length;
193
194     /* If not enough room in bi_buf, use (valid) bits from bi_buf and
195      * (16 - bi_valid) bits from value, leaving (width - (16-bi_valid))
196      * unused bits in value.
197      */
198     if (s->bi_valid > (int)Buf_size - length) {
199         s->bi_buf |= (value << s->bi_valid);
200         put_short(s, s->bi_buf);
201         s->bi_buf = (ush)value >> (Buf_size - s->bi_valid);
202         s->bi_valid += length - Buf_size;
203     } else {
204         s->bi_buf |= value << s->bi_valid;
205         s->bi_valid += length;
206     }
207 }
208 #else /* !DEBUG */
209
210 #define send_bits(s, value, length) \
211 { int len = length;\
212   if (s->bi_valid > (int)Buf_size - len) {\
213     int val = value;\
214     s->bi_buf |= (val << s->bi_valid);\
215     put_short(s, s->bi_buf);\
216     s->bi_buf = (ush)val >> (Buf_size - s->bi_valid);\
217     s->bi_valid += len - Buf_size;\
218   } else {\
219     s->bi_buf |= (value) << s->bi_valid;\
220     s->bi_valid += len;\
221   }\
222 }
223 #endif /* DEBUG */
224
225
226 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
227 /* the arguments must not have side effects */
228
229 /* ===========================================================================
230  * Initialize the various 'constant' tables.
231  * To do: do this at compile time.
232  */
233 local void ct_static_init()
234 {
235     int n;        /* iterates over tree elements */
236     int bits;     /* bit counter */
237     int length;   /* length value */
238     int code;     /* code value */
239     int dist;     /* distance index */
240     ush bl_count[MAX_BITS+1];
241     /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
242
243     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
244     length = 0;
245     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
246         base_length[code] = length;
247         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
248             length_code[length++] = (uch)code;
249         }
250     }
251     Assert (length == 256, "ct_static_init: length != 256");
252     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
253      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
254      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
255      */
256     length_code[length-1] = (uch)code;
257
258     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
259     dist = 0;
260     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
261         base_dist[code] = dist;
262         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
263             dist_code[dist++] = (uch)code;
264         }
265     }
266     Assert (dist == 256, "ct_static_init: dist != 256");
267     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
268     for ( ; code < D_CODES; code++) {
269         base_dist[code] = dist << 7;
270         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
271             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
272         }
273     }
274     Assert (dist == 256, "ct_static_init: 256+dist != 512");
275
276     /* Construct the codes of the static literal tree */
277     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
278     n = 0;
279     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
280     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
281     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
282     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
283     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
284      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
285      * all ones)
286      */
287     gen_codes((ct_data *)static_ltree, L_CODES+1, bl_count);
288
289     /* The static distance tree is trivial: */
290     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
291         static_dtree[n].Len = 5;
292         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
293     }
294 }
295
296 /* ===========================================================================
297  * Initialize the tree data structures for a new zlib stream.
298  */
299 void ct_init(s)
300     deflate_state *s;
301 {
302     if (static_dtree[0].Len == 0) {
303         ct_static_init();              /* To do: at compile time */
304     }
305
306     s->compressed_len = 0L;
307
308     s->l_desc.dyn_tree = s->dyn_ltree;
309     s->l_desc.stat_desc = &static_l_desc;
310
311     s->d_desc.dyn_tree = s->dyn_dtree;
312     s->d_desc.stat_desc = &static_d_desc;
313
314     s->bl_desc.dyn_tree = s->bl_tree;
315     s->bl_desc.stat_desc = &static_bl_desc;
316
317     s->bi_buf = 0;
318     s->bi_valid = 0;
319     s->last_eob_len = 8; /* enough lookahead for inflate */
320 #ifdef DEBUG
321     s->bits_sent = 0L;
322 #endif
323
324     /* Initialize the first block of the first file: */
325     init_block(s);
326 }
327
328 /* ===========================================================================
329  * Initialize a new block.
330  */
331 local void init_block(s)
332     deflate_state *s;
333 {
334     int n; /* iterates over tree elements */
335
336     /* Initialize the trees. */
337     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) s->dyn_ltree[n].Freq = 0;
338     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) s->dyn_dtree[n].Freq = 0;
339     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) s->bl_tree[n].Freq = 0;
340
341     s->dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
342     s->opt_len = s->static_len = 0L;
343     s->last_lit = s->matches = 0;
344 }
345
346 #define SMALLEST 1
347 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
348
349
350 /* ===========================================================================
351  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
352  * one less element. Updates heap and heap_len.
353  */
354 #define pqremove(s, tree, top) \
355 {\
356     top = s->heap[SMALLEST]; \
357     s->heap[SMALLEST] = s->heap[s->heap_len--]; \
358     pqdownheap(s, tree, SMALLEST); \
359 }
360
361 /* ===========================================================================
362  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
363  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
364  */
365 #define smaller(tree, n, m, depth) \
366    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
367    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
368
369 /* ===========================================================================
370  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
371  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
372  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
373  * two sons).
374  */
375 local void pqdownheap(s, tree, k)
376     deflate_state *s;
377     ct_data *tree;  /* the tree to restore */
378     int k;               /* node to move down */
379 {
380     int v = s->heap[k];
381     int j = k << 1;  /* left son of k */
382     while (j <= s->heap_len) {
383         /* Set j to the smallest of the two sons: */
384         if (j < s->heap_len &&
385             smaller(tree, s->heap[j+1], s->heap[j], s->depth)) {
386             j++;
387         }
388         /* Exit if v is smaller than both sons */
389         if (smaller(tree, v, s->heap[j], s->depth)) break;
390
391         /* Exchange v with the smallest son */
392         s->heap[k] = s->heap[j];  k = j;
393
394         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
395         j <<= 1;
396     }
397     s->heap[k] = v;
398 }
399
400 /* ===========================================================================
401  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
402  * for the current block.
403  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
404  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
405  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
406  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
407  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
408  *     not null.
409  */
410 local void gen_bitlen(s, desc)
411     deflate_state *s;
412     tree_desc *desc;    /* the tree descriptor */
413 {
414     ct_data *tree  = desc->dyn_tree;
415     int max_code   = desc->max_code;
416     ct_data *stree = desc->stat_desc->static_tree;
417     intf *extra    = desc->stat_desc->extra_bits;
418     int base       = desc->stat_desc->extra_base;
419     int max_length = desc->stat_desc->max_length;
420     int h;              /* heap index */
421     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
422     int bits;           /* bit length */
423     int xbits;          /* extra bits */
424     ush f;              /* frequency */
425     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
426
427     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) s->bl_count[bits] = 0;
428
429     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
430      * overflow in the case of the bit length tree).
431      */
432     tree[s->heap[s->heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
433
434     for (h = s->heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
435         n = s->heap[h];
436         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
437         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
438         tree[n].Len = (ush)bits;
439         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
440
441         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
442
443         s->bl_count[bits]++;
444         xbits = 0;
445         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
446         f = tree[n].Freq;
447         s->opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
448         if (stree) s->static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
449     }
450     if (overflow == 0) return;
451
452     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
453     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
454
455     /* Find the first bit length which could increase: */
456     do {
457         bits = max_length-1;
458         while (s->bl_count[bits] == 0) bits--;
459         s->bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
460         s->bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
461         s->bl_count[max_length]--;
462         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
463          * but this does not affect bl_count[max_length]
464          */
465         overflow -= 2;
466     } while (overflow > 0);
467
468     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
469      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
470      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
471      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
472      */
473     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
474         n = s->bl_count[bits];
475         while (n != 0) {
476             m = s->heap[--h];
477             if (m > max_code) continue;
478             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
479                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
480                 s->opt_len += ((long)bits - (long)tree[m].Len)
481                               *(long)tree[m].Freq;
482                 tree[m].Len = (ush)bits;
483             }
484             n--;
485         }
486     }
487 }
488
489 /* ===========================================================================
490  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
491  * optimal).
492  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
493  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
494  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
495  *     zero code length.
496  */
497 local void gen_codes (tree, max_code, bl_count)
498     ct_data *tree;             /* the tree to decorate */
499     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
500     ushf *bl_count;            /* number of codes at each bit length */
501 {
502     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
503     ush code = 0;              /* running code value */
504     int bits;                  /* bit index */
505     int n;                     /* code index */
506
507     /* The distribution counts are first used to generate the code values
508      * without bit reversal.
509      */
510     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
511         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
512     }
513     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
514      * must be all ones.
515      */
516     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
517             "inconsistent bit counts");
518     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
519
520     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
521         int len = tree[n].Len;
522         if (len == 0) continue;
523         /* Now reverse the bits */
524         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
525
526         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
527              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
528     }
529 }
530
531 /* ===========================================================================
532  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
533  * Update the total bit length for the current block.
534  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
535  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
536  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
537  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
538  */
539 local void build_tree(s, desc)
540     deflate_state *s;
541     tree_desc *desc; /* the tree descriptor */
542 {
543     ct_data *tree   = desc->dyn_tree;
544     ct_data *stree  = desc->stat_desc->static_tree;
545     int elems       = desc->stat_desc->elems;
546     int n, m;          /* iterate over heap elements */
547     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
548     int node;          /* new node being created */
549
550     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
551      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
552      * heap[0] is not used.
553      */
554     s->heap_len = 0, s->heap_max = HEAP_SIZE;
555
556     for (n = 0; n < elems; n++) {
557         if (tree[n].Freq != 0) {
558             s->heap[++(s->heap_len)] = max_code = n;
559             s->depth[n] = 0;
560         } else {
561             tree[n].Len = 0;
562         }
563     }
564
565     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
566      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
567      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
568      * two codes of non zero frequency.
569      */
570     while (s->heap_len < 2) {
571         node = s->heap[++(s->heap_len)] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
572         tree[node].Freq = 1;
573         s->depth[node] = 0;
574         s->opt_len--; if (stree) s->static_len -= stree[node].Len;
575         /* node is 0 or 1 so it does not have extra bits */
576     }
577     desc->max_code = max_code;
578
579     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
580      * establish sub-heaps of increasing lengths:
581      */
582     for (n = s->heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(s, tree, n);
583
584     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
585      * frequent nodes.
586      */
587     node = elems;              /* next internal node of the tree */
588     do {
589         pqremove(s, tree, n);  /* n = node of least frequency */
590         m = s->heap[SMALLEST]; /* m = node of next least frequency */
591
592         s->heap[--(s->heap_max)] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
593         s->heap[--(s->heap_max)] = m;
594
595         /* Create a new node father of n and m */
596         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
597         s->depth[node] = (uch) (MAX(s->depth[n], s->depth[m]) + 1);
598         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
599 #ifdef DUMP_BL_TREE
600         if (tree == s->bl_tree) {
601             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
602                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
603         }
604 #endif
605         /* and insert the new node in the heap */
606         s->heap[SMALLEST] = node++;
607         pqdownheap(s, tree, SMALLEST);
608
609     } while (s->heap_len >= 2);
610
611     s->heap[--(s->heap_max)] = s->heap[SMALLEST];
612
613     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
614      * generate the bit lengths.
615      */
616     gen_bitlen(s, (tree_desc *)desc);
617
618     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
619     gen_codes ((ct_data *)tree, max_code, s->bl_count);
620 }
621
622 /* ===========================================================================
623  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
624  * in the bit length tree.
625  */
626 local void scan_tree (s, tree, max_code)
627     deflate_state *s;
628     ct_data *tree;   /* the tree to be scanned */
629     int max_code;    /* and its largest code of non zero frequency */
630 {
631     int n;                     /* iterates over all tree elements */
632     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
633     int curlen;                /* length of current code */
634     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
635     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
636     int max_count = 7;         /* max repeat count */
637     int min_count = 4;         /* min repeat count */
638
639     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
640     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
641
642     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
643         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
644         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
645             continue;
646         } else if (count < min_count) {
647             s->bl_tree[curlen].Freq += count;
648         } else if (curlen != 0) {
649             if (curlen != prevlen) s->bl_tree[curlen].Freq++;
650             s->bl_tree[REP_3_6].Freq++;
651         } else if (count <= 10) {
652             s->bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
653         } else {
654             s->bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
655         }
656         count = 0; prevlen = curlen;
657         if (nextlen == 0) {
658             max_count = 138, min_count = 3;
659         } else if (curlen == nextlen) {
660             max_count = 6, min_count = 3;
661         } else {
662             max_count = 7, min_count = 4;
663         }
664     }
665 }
666
667 /* ===========================================================================
668  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
669  * bl_tree.
670  */
671 local void send_tree (s, tree, max_code)
672     deflate_state *s;
673     ct_data *tree; /* the tree to be scanned */
674     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
675 {
676     int n;                     /* iterates over all tree elements */
677     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
678     int curlen;                /* length of current code */
679     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
680     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
681     int max_count = 7;         /* max repeat count */
682     int min_count = 4;         /* min repeat count */
683
684     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
685     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
686
687     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
688         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
689         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
690             continue;
691         } else if (count < min_count) {
692             do { send_code(s, curlen, s->bl_tree); } while (--count != 0);
693
694         } else if (curlen != 0) {
695             if (curlen != prevlen) {
696                 send_code(s, curlen, s->bl_tree); count--;
697             }
698             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
699             send_code(s, REP_3_6, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 2);
700
701         } else if (count <= 10) {
702             send_code(s, REPZ_3_10, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 3);
703
704         } else {
705             send_code(s, REPZ_11_138, s->bl_tree); send_bits(s, count-11, 7);
706         }
707         count = 0; prevlen = curlen;
708         if (nextlen == 0) {
709             max_count = 138, min_count = 3;
710         } else if (curlen == nextlen) {
711             max_count = 6, min_count = 3;
712         } else {
713             max_count = 7, min_count = 4;
714         }
715     }
716 }
717
718 /* ===========================================================================
719  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
720  * bl_order of the last bit length code to send.
721  */
722 local int build_bl_tree(s)
723     deflate_state *s;
724 {
725     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
726
727     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
728     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, s->l_desc.max_code);
729     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, s->d_desc.max_code);
730
731     /* Build the bit length tree: */
732     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->bl_desc)));
733     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
734      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
735      */
736
737     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
738      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
739      * 3 but the actual value used is 4.)
740      */
741     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
742         if (s->bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
743     }
744     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
745     s->opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
746     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %ld, stat %ld",
747             s->opt_len, s->static_len));
748
749     return max_blindex;
750 }
751
752 /* ===========================================================================
753  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
754  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
755  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
756  */
757 local void send_all_trees(s, lcodes, dcodes, blcodes)
758     deflate_state *s;
759     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
760 {
761     int rank;                    /* index in bl_order */
762
763     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
764     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
765             "too many codes");
766     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
767     send_bits(s, lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
768     send_bits(s, dcodes-1,   5);
769     send_bits(s, blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
770     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
771         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
772         send_bits(s, s->bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
773     }
774     Tracev((stderr, "\nbl tree: sent %ld", s->bits_sent));
775
776     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, lcodes-1); /* literal tree */
777     Tracev((stderr, "\nlit tree: sent %ld", s->bits_sent));
778
779     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, dcodes-1); /* distance tree */
780     Tracev((stderr, "\ndist tree: sent %ld", s->bits_sent));
781 }
782
783 /* ===========================================================================
784  * Send a stored block
785  */
786 void ct_stored_block(s, buf, stored_len, eof)
787     deflate_state *s;
788     charf *buf;       /* input block */
789     ulg stored_len;   /* length of input block */
790     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
791 {
792     send_bits(s, (STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
793     s->compressed_len = (s->compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
794     s->compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
795
796     copy_block(s, buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
797 }
798
799 /* ===========================================================================
800  * Send one empty static block to give enough lookahead for inflate.
801  * This takes 10 bits, of which 7 may remain in the bit buffer.
802  * The current inflate code requires 9 bits of lookahead. If the EOB
803  * code for the previous block was coded on 5 bits or less, inflate
804  * may have only 5+3 bits of lookahead to decode this EOB.
805  * (There are no problems if the previous block is stored or fixed.)
806  */
807 void ct_align(s)
808     deflate_state *s;
809 {
810     send_bits(s, STATIC_TREES<<1, 3);
811     send_code(s, END_BLOCK, static_ltree);
812     s->compressed_len += 10L; /* 3 for block type, 7 for EOB */
813     bi_flush(s);
814     /* Of the 10 bits for the empty block, we have already sent
815      * (10 - bi_valid) bits. The lookahead for the EOB of the previous
816      * block was thus its length plus what we have just sent.
817      */
818     if (s->last_eob_len + 10 - s->bi_valid < 9) {
819         send_bits(s, STATIC_TREES<<1, 3);
820         send_code(s, END_BLOCK, static_ltree);
821         s->compressed_len += 10L;
822         bi_flush(s);
823     }
824     s->last_eob_len = 7;
825 }
826
827 /* ===========================================================================
828  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
829  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
830  * returns the total compressed length for the file so far.
831  */
832 ulg ct_flush_block(s, buf, stored_len, eof)
833     deflate_state *s;
834     charf *buf;       /* input block, or NULL if too old */
835     ulg stored_len;   /* length of input block */
836     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
837 {
838     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
839     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
840
841      /* Check if the file is ascii or binary */
842     if (s->data_type == UNKNOWN) set_data_type(s);
843
844     /* Construct the literal and distance trees */
845     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->l_desc)));
846     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
847             s->static_len));
848
849     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->d_desc)));
850     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
851             s->static_len));
852     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
853      * the compressed block data, excluding the tree representations.
854      */
855
856     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
857      * in bl_order of the last bit length code to send.
858      */
859     max_blindex = build_bl_tree(s);
860
861     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
862     opt_lenb = (s->opt_len+3+7)>>3;
863     static_lenb = (s->static_len+3+7)>>3;
864
865     Tracev((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u ",
866             opt_lenb, s->opt_len, static_lenb, s->static_len, stored_len,
867             s->last_lit));
868
869     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
870
871     /* If compression failed and this is the first and last block,
872      * and if the .zip file can be seeked (to rewrite the local header),
873      * the whole file is transformed into a stored file:
874      */
875 #ifdef STORED_FILE_OK
876 #  ifdef FORCE_STORED_FILE
877     if (eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
878 #  else
879     if (stored_len <= opt_lenb && eof && s->compressed_len==0L && seekable()) {
880 #  endif
881         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
882         if (buf == (charf*)0) error ("block vanished");
883
884         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
885         s->compressed_len = stored_len << 3;
886         s->method = STORED;
887     } else
888 #endif /* STORED_FILE_OK */
889
890 #ifdef FORCE_STORED
891     if (buf != (char*)0) { /* force stored block */
892 #else
893     if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
894                        /* 4: two words for the lengths */
895 #endif
896         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
897          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
898          * the last block flush, because compression would have been
899          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
900          * transform a block into a stored block.
901          */
902         ct_stored_block(s, buf, stored_len, eof);
903
904 #ifdef FORCE_STATIC
905     } else if (static_lenb >= 0) { /* force static trees */
906 #else
907     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
908 #endif
909         send_bits(s, (STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
910         compress_block(s, (ct_data *)static_ltree, (ct_data *)static_dtree);
911         s->compressed_len += 3 + s->static_len;
912     } else {
913         send_bits(s, (DYN_TREES<<1)+eof, 3);
914         send_all_trees(s, s->l_desc.max_code+1, s->d_desc.max_code+1,
915                        max_blindex+1);
916         compress_block(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, (ct_data *)s->dyn_dtree);
917         s->compressed_len += 3 + s->opt_len;
918     }
919     Assert (s->compressed_len == s->bits_sent, "bad compressed size");
920     init_block(s);
921
922     if (eof) {
923         bi_windup(s);
924         s->compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
925     }
926     Tracev((stderr,"\ncomprlen %lu(%lu) ", s->compressed_len>>3,
927            s->compressed_len-7*eof));
928
929     return s->compressed_len >> 3;
930 }
931
932 /* ===========================================================================
933  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
934  * the current block must be flushed.
935  */
936 int ct_tally (s, dist, lc)
937     deflate_state *s;
938     int dist;  /* distance of matched string */
939     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
940 {
941     s->d_buf[s->last_lit] = (ush)dist;
942     s->l_buf[s->last_lit++] = (uch)lc;
943     if (dist == 0) {
944         /* lc is the unmatched char */
945         s->dyn_ltree[lc].Freq++;
946     } else {
947         s->matches++;
948         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
949         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
950         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST(s) &&
951                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
952                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
953
954         s->dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
955         s->dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
956     }
957
958     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
959     if (s->level > 2 && (s->last_lit & 0xfff) == 0) {
960         /* Compute an upper bound for the compressed length */
961         ulg out_length = (ulg)s->last_lit*8L;
962         ulg in_length = (ulg)s->strstart - s->block_start;
963         int dcode;
964         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
965             out_length += (ulg)s->dyn_dtree[dcode].Freq *
966                 (5L+extra_dbits[dcode]);
967         }
968         out_length >>= 3;
969         Tracev((stderr,"\nlast_lit %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
970                s->last_lit, in_length, out_length,
971                100L - out_length*100L/in_length));
972         if (s->matches < s->last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
973     }
974     return (s->last_lit == s->lit_bufsize-1);
975     /* We avoid equality with lit_bufsize because of wraparound at 64K
976      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
977      * 64K-1 bytes.
978      */
979 }
980
981 /* ===========================================================================
982  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
983  */
984 local void compress_block(s, ltree, dtree)
985     deflate_state *s;
986     ct_data *ltree; /* literal tree */
987     ct_data *dtree; /* distance tree */
988 {
989     unsigned dist;      /* distance of matched string */
990     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
991     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
992     unsigned code;      /* the code to send */
993     int extra;          /* number of extra bits to send */
994
995     if (s->last_lit != 0) do {
996         dist = s->d_buf[lx];
997         lc = s->l_buf[lx++];
998         if (dist == 0) {
999             send_code(s, lc, ltree); /* send a literal byte */
1000             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
1001         } else {
1002             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
1003             code = length_code[lc];
1004             send_code(s, code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
1005             extra = extra_lbits[code];
1006             if (extra != 0) {
1007                 lc -= base_length[code];
1008                 send_bits(s, lc, extra);       /* send the extra length bits */
1009             }
1010             dist--; /* dist is now the match distance - 1 */
1011             code = d_code(dist);
1012             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
1013
1014             send_code(s, code, dtree);       /* send the distance code */
1015             extra = extra_dbits[code];
1016             if (extra != 0) {
1017                 dist -= base_dist[code];
1018                 send_bits(s, dist, extra);   /* send the extra distance bits */
1019             }
1020         } /* literal or match pair ? */
1021
1022         /* Check that the overlay between pending_buf and d_buf+l_buf is ok: */
1023         Assert(s->pending < s->lit_bufsize + 2*lx, "pendingBuf overflow");
1024
1025     } while (lx < s->last_lit);
1026
1027     send_code(s, END_BLOCK, ltree);
1028     s->last_eob_len = ltree[END_BLOCK].Len;
1029 }
1030
1031 /* ===========================================================================
1032  * Set the data type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
1033  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
1034  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
1035  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
1036  */
1037 local void set_data_type(s)
1038     deflate_state *s;
1039 {
1040     int n = 0;
1041     unsigned ascii_freq = 0;
1042     unsigned bin_freq = 0;
1043     while (n < 7)        bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1044     while (n < 128)    ascii_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1045     while (n < LITERALS) bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
1046     s->data_type = (Byte)(bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII);
1047 }
1048
1049 /* ===========================================================================
1050  * Reverse the first len bits of a code, using straightforward code (a faster
1051  * method would use a table)
1052  * IN assertion: 1 <= len <= 15
1053  */
1054 local unsigned bi_reverse(code, len)
1055     unsigned code; /* the value to invert */
1056     int len;       /* its bit length */
1057 {
1058     register unsigned res = 0;
1059     do {
1060         res |= code & 1;
1061         code >>= 1, res <<= 1;
1062     } while (--len > 0);
1063     return res >> 1;
1064 }
1065
1066 /* ===========================================================================
1067  * Flush the bit buffer, keeping at most 7 bits in it.
1068  */
1069 local void bi_flush(s)
1070     deflate_state *s;
1071 {
1072     if (s->bi_valid == 16) {
1073         put_short(s, s->bi_buf);
1074         s->bi_buf = 0;
1075         s->bi_valid = 0;
1076     } else if (s->bi_valid >= 8) {
1077         put_byte(s, (Byte)s->bi_buf);
1078         s->bi_buf >>= 8;
1079         s->bi_valid -= 8;
1080     }
1081 }
1082
1083 /* ===========================================================================
1084  * Flush the bit buffer and align the output on a byte boundary
1085  */
1086 local void bi_windup(s)
1087     deflate_state *s;
1088 {
1089     if (s->bi_valid > 8) {
1090         put_short(s, s->bi_buf);
1091     } else if (s->bi_valid > 0) {
1092         put_byte(s, (Byte)s->bi_buf);
1093     }
1094     s->bi_buf = 0;
1095     s->bi_valid = 0;
1096 #ifdef DEBUG
1097     s->bits_sent = (s->bits_sent+7) & ~7;
1098 #endif
1099 }
1100
1101 /* ===========================================================================
1102  * Copy a stored block, storing first the length and its
1103  * one's complement if requested.
1104  */
1105 local void copy_block(s, buf, len, header)
1106     deflate_state *s;
1107     charf    *buf;    /* the input data */
1108     unsigned len;     /* its length */
1109     int      header;  /* true if block header must be written */
1110 {
1111     bi_windup(s);        /* align on byte boundary */
1112     s->last_eob_len = 8; /* enough lookahead for inflate */
1113
1114     if (header) {
1115         put_short(s, (ush)len);   
1116         put_short(s, (ush)~len);
1117 #ifdef DEBUG
1118         s->bits_sent += 2*16;
1119 #endif
1120     }
1121 #ifdef DEBUG
1122     s->bits_sent += (ulg)len<<3;
1123 #endif
1124     while (len--) {
1125         put_byte(s, *buf++);
1126     }
1127 }