]> git.lizzy.rs Git - zlib.git/blob - trees.c
zlib 0.9
[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 1.4 1995/05/01 16:53:44 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     int     *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 __P((void));
133 local void init_block     __P((deflate_state *s));
134 local void pqdownheap     __P((deflate_state *s, ct_data *tree, int k));
135 local void gen_bitlen     __P((deflate_state *s, tree_desc *desc));
136 local void gen_codes      __P((ct_data *tree, int max_code, ush bl_count[]));
137 local void build_tree     __P((deflate_state *s, tree_desc *desc));
138 local void scan_tree      __P((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
139 local void send_tree      __P((deflate_state *s, ct_data *tree, int max_code));
140 local int  build_bl_tree  __P((deflate_state *s));
141 local void send_all_trees __P((deflate_state *s, int lcodes, int dcodes,
142                               int blcodes));
143 local void compress_block __P((deflate_state *s, ct_data *ltree,
144                               ct_data *dtree));
145 local void set_data_type  __P((deflate_state *s));
146 local void send_bits      __P((deflate_state *s, int value, int length));
147 local unsigned bi_reverse __P((unsigned value, int length));
148 local void bi_windup      __P((deflate_state *s));
149 local void copy_block     __P((deflate_state *s, char *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 #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
170 /* the arguments must not have side effects */
171
172 /* ===========================================================================
173  * Initialize the various 'constant' tables.
174  * To do: do this at compile time.
175  */
176 local void ct_static_init()
177 {
178     int n;        /* iterates over tree elements */
179     int bits;     /* bit counter */
180     int length;   /* length value */
181     int code;     /* code value */
182     int dist;     /* distance index */
183     ush bl_count[MAX_BITS+1];
184     /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
185
186     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
187     length = 0;
188     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
189         base_length[code] = length;
190         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
191             length_code[length++] = (uch)code;
192         }
193     }
194     Assert (length == 256, "ct_static_init: length != 256");
195     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
196      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
197      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
198      */
199     length_code[length-1] = (uch)code;
200
201     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
202     dist = 0;
203     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
204         base_dist[code] = dist;
205         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
206             dist_code[dist++] = (uch)code;
207         }
208     }
209     Assert (dist == 256, "ct_static_init: dist != 256");
210     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
211     for ( ; code < D_CODES; code++) {
212         base_dist[code] = dist << 7;
213         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
214             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
215         }
216     }
217     Assert (dist == 256, "ct_static_init: 256+dist != 512");
218
219     /* Construct the codes of the static literal tree */
220     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
221     n = 0;
222     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
223     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
224     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
225     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
226     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
227      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
228      * all ones)
229      */
230     gen_codes((ct_data *)static_ltree, L_CODES+1, bl_count);
231
232     /* The static distance tree is trivial: */
233     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
234         static_dtree[n].Len = 5;
235         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
236     }
237 }
238
239 /* ===========================================================================
240  * Initialize the tree data structures for a new zlib stream.
241  */
242 void ct_init(s)
243     deflate_state *s;
244 {
245     if (static_dtree[0].Len == 0) {
246         ct_static_init();              /* To do: at compile time */
247     }
248
249     s->compressed_len = 0L;
250
251     s->l_desc.dyn_tree = s->dyn_ltree;
252     s->l_desc.stat_desc = &static_l_desc;
253
254     s->d_desc.dyn_tree = s->dyn_dtree;
255     s->d_desc.stat_desc = &static_d_desc;
256
257     s->bl_desc.dyn_tree = s->bl_tree;
258     s->bl_desc.stat_desc = &static_bl_desc;
259
260     s->bi_buf = 0;
261     s->bi_valid = 0;
262 #ifdef DEBUG
263     s->bits_sent = 0L;
264 #endif
265
266     /* Initialize the first block of the first file: */
267     init_block(s);
268 }
269
270 /* ===========================================================================
271  * Initialize a new block.
272  */
273 local void init_block(s)
274     deflate_state *s;
275 {
276     int n; /* iterates over tree elements */
277
278     /* Initialize the trees. */
279     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) s->dyn_ltree[n].Freq = 0;
280     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) s->dyn_dtree[n].Freq = 0;
281     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) s->bl_tree[n].Freq = 0;
282
283     s->dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
284     s->opt_len = s->static_len = 0L;
285     s->last_lit = s->matches = 0;
286 }
287
288 #define SMALLEST 1
289 /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
290
291
292 /* ===========================================================================
293  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
294  * one less element. Updates heap and heap_len.
295  */
296 #define pqremove(s, tree, top) \
297 {\
298     top = s->heap[SMALLEST]; \
299     s->heap[SMALLEST] = s->heap[s->heap_len--]; \
300     pqdownheap(s, tree, SMALLEST); \
301 }
302
303 /* ===========================================================================
304  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
305  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
306  */
307 #define smaller(tree, n, m, depth) \
308    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
309    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
310
311 /* ===========================================================================
312  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
313  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
314  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
315  * two sons).
316  */
317 local void pqdownheap(s, tree, k)
318     deflate_state *s;
319     ct_data *tree;  /* the tree to restore */
320     int k;               /* node to move down */
321 {
322     int v = s->heap[k];
323     int j = k << 1;  /* left son of k */
324     while (j <= s->heap_len) {
325         /* Set j to the smallest of the two sons: */
326         if (j < s->heap_len &&
327             smaller(tree, s->heap[j+1], s->heap[j], s->depth)) {
328             j++;
329         }
330         /* Exit if v is smaller than both sons */
331         if (smaller(tree, v, s->heap[j], s->depth)) break;
332
333         /* Exchange v with the smallest son */
334         s->heap[k] = s->heap[j];  k = j;
335
336         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
337         j <<= 1;
338     }
339     s->heap[k] = v;
340 }
341
342 /* ===========================================================================
343  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
344  * for the current block.
345  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
346  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
347  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
348  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
349  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
350  *     not null.
351  */
352 local void gen_bitlen(s, desc)
353     deflate_state *s;
354     tree_desc *desc;    /* the tree descriptor */
355 {
356     ct_data *tree  = desc->dyn_tree;
357     int max_code   = desc->max_code;
358     ct_data *stree = desc->stat_desc->static_tree;
359     int *extra     = desc->stat_desc->extra_bits;
360     int base       = desc->stat_desc->extra_base;
361     int max_length = desc->stat_desc->max_length;
362     int h;              /* heap index */
363     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
364     int bits;           /* bit length */
365     int xbits;          /* extra bits */
366     ush f;              /* frequency */
367     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
368
369     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) s->bl_count[bits] = 0;
370
371     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
372      * overflow in the case of the bit length tree).
373      */
374     tree[s->heap[s->heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
375
376     for (h = s->heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
377         n = s->heap[h];
378         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
379         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
380         tree[n].Len = (ush)bits;
381         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
382
383         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
384
385         s->bl_count[bits]++;
386         xbits = 0;
387         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
388         f = tree[n].Freq;
389         s->opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
390         if (stree) s->static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
391     }
392     if (overflow == 0) return;
393
394     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
395     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
396
397     /* Find the first bit length which could increase: */
398     do {
399         bits = max_length-1;
400         while (s->bl_count[bits] == 0) bits--;
401         s->bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
402         s->bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
403         s->bl_count[max_length]--;
404         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
405          * but this does not affect bl_count[max_length]
406          */
407         overflow -= 2;
408     } while (overflow > 0);
409
410     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
411      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
412      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
413      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
414      */
415     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
416         n = s->bl_count[bits];
417         while (n != 0) {
418             m = s->heap[--h];
419             if (m > max_code) continue;
420             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
421                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
422                 s->opt_len += ((long)bits - (long)tree[m].Len)
423                               *(long)tree[m].Freq;
424                 tree[m].Len = (ush)bits;
425             }
426             n--;
427         }
428     }
429 }
430
431 /* ===========================================================================
432  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
433  * optimal).
434  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
435  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
436  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
437  *     zero code length.
438  */
439 local void gen_codes (tree, max_code, bl_count)
440     ct_data *tree;             /* the tree to decorate */
441     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
442     ush bl_count[];            /* number of codes at each bit length */
443 {
444     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
445     ush code = 0;              /* running code value */
446     int bits;                  /* bit index */
447     int n;                     /* code index */
448
449     /* The distribution counts are first used to generate the code values
450      * without bit reversal.
451      */
452     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
453         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
454     }
455     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
456      * must be all ones.
457      */
458     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
459             "inconsistent bit counts");
460     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
461
462     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
463         int len = tree[n].Len;
464         if (len == 0) continue;
465         /* Now reverse the bits */
466         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
467
468         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
469              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
470     }
471 }
472
473 /* ===========================================================================
474  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
475  * Update the total bit length for the current block.
476  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
477  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
478  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
479  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
480  */
481 local void build_tree(s, desc)
482     deflate_state *s;
483     tree_desc *desc; /* the tree descriptor */
484 {
485     ct_data *tree   = desc->dyn_tree;
486     ct_data *stree  = desc->stat_desc->static_tree;
487     int elems       = desc->stat_desc->elems;
488     int n, m;          /* iterate over heap elements */
489     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
490     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
491     int new;           /* new node being created */
492
493     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
494      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
495      * heap[0] is not used.
496      */
497     s->heap_len = 0, s->heap_max = HEAP_SIZE;
498
499     for (n = 0; n < elems; n++) {
500         if (tree[n].Freq != 0) {
501             s->heap[++(s->heap_len)] = max_code = n;
502             s->depth[n] = 0;
503         } else {
504             tree[n].Len = 0;
505         }
506     }
507
508     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
509      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
510      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
511      * two codes of non zero frequency.
512      */
513     while (s->heap_len < 2) {
514         new = s->heap[++(s->heap_len)] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
515         tree[new].Freq = 1;
516         s->depth[new] = 0;
517         s->opt_len--; if (stree) s->static_len -= stree[new].Len;
518         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
519     }
520     desc->max_code = max_code;
521
522     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
523      * establish sub-heaps of increasing lengths:
524      */
525     for (n = s->heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(s, tree, n);
526
527     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
528      * frequent nodes.
529      */
530     do {
531         pqremove(s, tree, n);  /* n = node of least frequency */
532         m = s->heap[SMALLEST]; /* m = node of next least frequency */
533
534         s->heap[--(s->heap_max)] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
535         s->heap[--(s->heap_max)] = m;
536
537         /* Create a new node father of n and m */
538         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
539         s->depth[node] = (uch) (MAX(s->depth[n], s->depth[m]) + 1);
540         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
541 #ifdef DUMP_BL_TREE
542         if (tree == s->bl_tree) {
543             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
544                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
545         }
546 #endif
547         /* and insert the new node in the heap */
548         s->heap[SMALLEST] = node++;
549         pqdownheap(s, tree, SMALLEST);
550
551     } while (s->heap_len >= 2);
552
553     s->heap[--(s->heap_max)] = s->heap[SMALLEST];
554
555     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
556      * generate the bit lengths.
557      */
558     gen_bitlen(s, (tree_desc *)desc);
559
560     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
561     gen_codes ((ct_data *)tree, max_code, s->bl_count);
562 }
563
564 /* ===========================================================================
565  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
566  * in the bit length tree.
567  */
568 local void scan_tree (s, tree, max_code)
569     deflate_state *s;
570     ct_data *tree;   /* the tree to be scanned */
571     int max_code;    /* and its largest code of non zero frequency */
572 {
573     int n;                     /* iterates over all tree elements */
574     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
575     int curlen;                /* length of current code */
576     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
577     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
578     int max_count = 7;         /* max repeat count */
579     int min_count = 4;         /* min repeat count */
580
581     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
582     tree[max_code+1].Len = (ush)0xffff; /* guard */
583
584     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
585         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
586         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
587             continue;
588         } else if (count < min_count) {
589             s->bl_tree[curlen].Freq += count;
590         } else if (curlen != 0) {
591             if (curlen != prevlen) s->bl_tree[curlen].Freq++;
592             s->bl_tree[REP_3_6].Freq++;
593         } else if (count <= 10) {
594             s->bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
595         } else {
596             s->bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
597         }
598         count = 0; prevlen = curlen;
599         if (nextlen == 0) {
600             max_count = 138, min_count = 3;
601         } else if (curlen == nextlen) {
602             max_count = 6, min_count = 3;
603         } else {
604             max_count = 7, min_count = 4;
605         }
606     }
607 }
608
609 /* ===========================================================================
610  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
611  * bl_tree.
612  */
613 local void send_tree (s, tree, max_code)
614     deflate_state *s;
615     ct_data *tree; /* the tree to be scanned */
616     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
617 {
618     int n;                     /* iterates over all tree elements */
619     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
620     int curlen;                /* length of current code */
621     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
622     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
623     int max_count = 7;         /* max repeat count */
624     int min_count = 4;         /* min repeat count */
625
626     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
627     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
628
629     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
630         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
631         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
632             continue;
633         } else if (count < min_count) {
634             do { send_code(s, curlen, s->bl_tree); } while (--count != 0);
635
636         } else if (curlen != 0) {
637             if (curlen != prevlen) {
638                 send_code(s, curlen, s->bl_tree); count--;
639             }
640             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
641             send_code(s, REP_3_6, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 2);
642
643         } else if (count <= 10) {
644             send_code(s, REPZ_3_10, s->bl_tree); send_bits(s, count-3, 3);
645
646         } else {
647             send_code(s, REPZ_11_138, s->bl_tree); send_bits(s, count-11, 7);
648         }
649         count = 0; prevlen = curlen;
650         if (nextlen == 0) {
651             max_count = 138, min_count = 3;
652         } else if (curlen == nextlen) {
653             max_count = 6, min_count = 3;
654         } else {
655             max_count = 7, min_count = 4;
656         }
657     }
658 }
659
660 /* ===========================================================================
661  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
662  * bl_order of the last bit length code to send.
663  */
664 local int build_bl_tree(s)
665     deflate_state *s;
666 {
667     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
668
669     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
670     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, s->l_desc.max_code);
671     scan_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, s->d_desc.max_code);
672
673     /* Build the bit length tree: */
674     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->bl_desc)));
675     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
676      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
677      */
678
679     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
680      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
681      * 3 but the actual value used is 4.)
682      */
683     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
684         if (s->bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
685     }
686     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
687     s->opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
688     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %ld, stat %ld",
689             s->opt_len, s->static_len));
690
691     return max_blindex;
692 }
693
694 /* ===========================================================================
695  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
696  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
697  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
698  */
699 local void send_all_trees(s, lcodes, dcodes, blcodes)
700     deflate_state *s;
701     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
702 {
703     int rank;                    /* index in bl_order */
704
705     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
706     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
707             "too many codes");
708     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
709     send_bits(s, lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
710     send_bits(s, dcodes-1,   5);
711     send_bits(s, blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
712     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
713         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
714         send_bits(s, s->bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
715     }
716     Tracev((stderr, "\nbl tree: sent %ld", s->bits_sent));
717
718     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, lcodes-1); /* literal tree */
719     Tracev((stderr, "\nlit tree: sent %ld", s->bits_sent));
720
721     send_tree(s, (ct_data *)s->dyn_dtree, dcodes-1); /* distance tree */
722     Tracev((stderr, "\ndist tree: sent %ld", s->bits_sent));
723 }
724
725 /* ===========================================================================
726  * Send a stored block
727  */
728 void ct_stored_block(s, buf, stored_len, eof)
729     deflate_state *s;
730     char *buf;        /* input block */
731     ulg stored_len;   /* length of input block */
732     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
733 {
734     send_bits(s, (STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
735     s->compressed_len = (s->compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
736     s->compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
737
738     copy_block(s, buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
739 }
740
741 /* ===========================================================================
742  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
743  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
744  * returns the total compressed length for the file so far.
745  */
746 ulg ct_flush_block(s, buf, stored_len, eof)
747     deflate_state *s;
748     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
749     ulg stored_len;   /* length of input block */
750     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
751 {
752     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
753     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
754
755      /* Check if the file is ascii or binary */
756     if (s->data_type == UNKNOWN) set_data_type(s);
757
758     /* Construct the literal and distance trees */
759     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->l_desc)));
760     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
761             s->static_len));
762
763     build_tree(s, (tree_desc *)(&(s->d_desc)));
764     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %ld, stat %ld", s->opt_len,
765             s->static_len));
766     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
767      * the compressed block data, excluding the tree representations.
768      */
769
770     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
771      * in bl_order of the last bit length code to send.
772      */
773     max_blindex = build_bl_tree(s);
774
775     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
776     opt_lenb = (s->opt_len+3+7)>>3;
777     static_lenb = (s->static_len+3+7)>>3;
778
779     Tracev((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u ",
780             opt_lenb, s->opt_len, static_lenb, s->static_len, stored_len,
781             s->last_lit));
782
783     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
784
785     /* If compression failed and this is the first and last block,
786      * and if the .zip file can be seeked (to rewrite the local header),
787      * the whole file is transformed into a stored file:
788      */
789 #ifdef STORED_FILE_OK
790 #  ifdef FORCE_STORED_FILE
791     if (eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
792 #  else
793     if (stored_len <= opt_lenb && eof && s->compressed_len==0L && seekable()) {
794 #  endif
795         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
796         if (buf == (char*)0) error ("block vanished");
797
798         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
799         s->compressed_len = stored_len << 3;
800         s->method = STORED;
801     } else
802 #endif /* STORED_FILE_OK */
803
804 #ifdef FORCE_STORED
805     if (buf != (char*)0) { /* force stored block */
806 #else
807     if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
808                        /* 4: two words for the lengths */
809 #endif
810         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
811          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
812          * the last block flush, because compression would have been
813          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
814          * transform a block into a stored block.
815          */
816         ct_stored_block(s, buf, stored_len, eof);
817
818 #ifdef FORCE_STATIC
819     } else if (static_lenb >= 0) { /* force static trees */
820 #else
821     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
822 #endif
823         send_bits(s, (STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
824         compress_block(s, (ct_data *)static_ltree, (ct_data *)static_dtree);
825         s->compressed_len += 3 + s->static_len;
826     } else {
827         send_bits(s, (DYN_TREES<<1)+eof, 3);
828         send_all_trees(s, s->l_desc.max_code+1, s->d_desc.max_code+1,
829                        max_blindex+1);
830         compress_block(s, (ct_data *)s->dyn_ltree, (ct_data *)s->dyn_dtree);
831         s->compressed_len += 3 + s->opt_len;
832     }
833     Assert (s->compressed_len == s->bits_sent, "bad compressed size");
834     init_block(s);
835
836     if (eof) {
837         bi_windup(s);
838         s->compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
839     }
840     Tracev((stderr,"\ncomprlen %lu(%lu) ", s->compressed_len>>3,
841            s->compressed_len-7*eof));
842
843     return s->compressed_len >> 3;
844 }
845
846 /* ===========================================================================
847  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
848  * the current block must be flushed.
849  */
850 int ct_tally (s, dist, lc)
851     deflate_state *s;
852     int dist;  /* distance of matched string */
853     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
854 {
855     s->d_buf[s->last_lit] = (ush)dist;
856     s->l_buf[s->last_lit++] = (uch)lc;
857     if (dist == 0) {
858         /* lc is the unmatched char */
859         s->dyn_ltree[lc].Freq++;
860     } else {
861         s->matches++;
862         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
863         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
864         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST(s) &&
865                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
866                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
867
868         s->dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
869         s->dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
870     }
871
872     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
873     if (s->level > 2 && (s->last_lit & 0xfff) == 0) {
874         /* Compute an upper bound for the compressed length */
875         ulg out_length = (ulg)s->last_lit*8L;
876         ulg in_length = (ulg)s->strstart - s->block_start;
877         int dcode;
878         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
879             out_length += (ulg)s->dyn_dtree[dcode].Freq *
880                 (5L+extra_dbits[dcode]);
881         }
882         out_length >>= 3;
883         Tracev((stderr,"\nlast_lit %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
884                s->last_lit, in_length, out_length,
885                100L - out_length*100L/in_length));
886         if (s->matches < s->last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
887     }
888     return (s->last_lit == s->lit_bufsize-1);
889     /* We avoid equality with lit_bufsize because of wraparound at 64K
890      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
891      * 64K-1 bytes.
892      */
893 }
894
895 /* ===========================================================================
896  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
897  */
898 local void compress_block(s, ltree, dtree)
899     deflate_state *s;
900     ct_data *ltree; /* literal tree */
901     ct_data *dtree; /* distance tree */
902 {
903     unsigned dist;      /* distance of matched string */
904     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
905     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
906     unsigned code;      /* the code to send */
907     int extra;          /* number of extra bits to send */
908
909     if (s->last_lit != 0) do {
910         dist = s->d_buf[lx];
911         lc = s->l_buf[lx++];
912         if (dist == 0) {
913             send_code(s, lc, ltree); /* send a literal byte */
914             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
915         } else {
916             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
917             code = length_code[lc];
918             send_code(s, code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
919             extra = extra_lbits[code];
920             if (extra != 0) {
921                 lc -= base_length[code];
922                 send_bits(s, lc, extra);       /* send the extra length bits */
923             }
924             dist--; /* dist is now the match distance - 1 */
925             code = d_code(dist);
926             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
927
928             send_code(s, code, dtree);       /* send the distance code */
929             extra = extra_dbits[code];
930             if (extra != 0) {
931                 dist -= base_dist[code];
932                 send_bits(s, dist, extra);   /* send the extra distance bits */
933             }
934         } /* literal or match pair ? */
935
936         /* Check that the overlay between pending_buf and d_buf+l_buf is ok: */
937         Assert(s->pending < s->lit_bufsize + 2*lx, "pendingBuf overflow");
938
939     } while (lx < s->last_lit);
940
941     send_code(s, END_BLOCK, ltree);
942 }
943
944 /* ===========================================================================
945  * Set the data type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
946  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
947  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
948  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
949  */
950 local void set_data_type(s)
951     deflate_state *s;
952 {
953     int n = 0;
954     unsigned ascii_freq = 0;
955     unsigned bin_freq = 0;
956     while (n < 7)        bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
957     while (n < 128)    ascii_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
958     while (n < LITERALS) bin_freq += s->dyn_ltree[n++].Freq;
959     s->data_type = (Byte)(bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII);
960 }
961
962 /* ===========================================================================
963  * Output a short LSB first on the stream.
964  * IN assertion: there is enough room in pendingBuf.
965  */
966 #define put_short(s, w) { \
967     put_byte(s, (uch)((w) & 0xff)); \
968     put_byte(s, (uch)((ush)(w) >> 8)); \
969 }
970
971 /* ===========================================================================
972  * Send a value on a given number of bits.
973  * IN assertion: length <= 16 and value fits in length bits.
974  */
975 local void send_bits(s, value, length)
976     deflate_state *s;
977     int value;  /* value to send */
978     int length; /* number of bits */
979 {
980 #ifdef DEBUG
981     Tracev((stderr," l %2d v %4x ", length, value));
982     Assert(length > 0 && length <= 15, "invalid length");
983     s->bits_sent += (ulg)length;
984 #endif
985     /* If not enough room in bi_buf, use (valid) bits from bi_buf and
986      * (16 - bi_valid) bits from value, leaving (width - (16-bi_valid))
987      * unused bits in value.
988      */
989     if (s->bi_valid > (int)Buf_size - length) {
990         s->bi_buf |= (value << s->bi_valid);
991         put_short(s, s->bi_buf);
992         s->bi_buf = (ush)value >> (Buf_size - s->bi_valid);
993         s->bi_valid += length - Buf_size;
994     } else {
995         s->bi_buf |= value << s->bi_valid;
996         s->bi_valid += length;
997     }
998 }
999
1000 /* ===========================================================================
1001  * Reverse the first len bits of a code, using straightforward code (a faster
1002  * method would use a table)
1003  * IN assertion: 1 <= len <= 15
1004  */
1005 local unsigned bi_reverse(code, len)
1006     unsigned code; /* the value to invert */
1007     int len;       /* its bit length */
1008 {
1009     register unsigned res = 0;
1010     do {
1011         res |= code & 1;
1012         code >>= 1, res <<= 1;
1013     } while (--len > 0);
1014     return res >> 1;
1015 }
1016
1017 /* ===========================================================================
1018  * Write out any remaining bits in an incomplete byte.
1019  */
1020 local void bi_windup(s)
1021     deflate_state *s;
1022 {
1023     if (s->bi_valid > 8) {
1024         put_short(s, s->bi_buf);
1025     } else if (s->bi_valid > 0) {
1026         put_byte(s, (Byte)s->bi_buf);
1027     }
1028     s->bi_buf = 0;
1029     s->bi_valid = 0;
1030 #ifdef DEBUG
1031     s->bits_sent = (s->bits_sent+7) & ~7;
1032 #endif
1033 }
1034
1035 /* ===========================================================================
1036  * Copy a stored block, storing first the length and its
1037  * one's complement if requested.
1038  */
1039 local void copy_block(s, buf, len, header)
1040     deflate_state *s;
1041     char     *buf;    /* the input data */
1042     unsigned len;     /* its length */
1043     int      header;  /* true if block header must be written */
1044 {
1045     bi_windup(s);              /* align on byte boundary */
1046
1047     if (header) {
1048         put_short(s, (ush)len);   
1049         put_short(s, (ush)~len);
1050 #ifdef DEBUG
1051         s->bits_sent += 2*16;
1052 #endif
1053     }
1054 #ifdef DEBUG
1055     s->bits_sent += (ulg)len<<3;
1056 #endif
1057     while (len--) {
1058         put_byte(s, *buf++);
1059     }
1060 }