home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ DP Tool Club 8 / CDASC08.ISO / VRAC / GNUZIP_.ZIP / TREES.C < prev    next >
C/C++ Source or Header  |  1993-03-28  |  41KB  |  1,077 lines
  1. /* trees.c -- output deflated data using Huffman coding
  2.  * Copyright (C) 1992-1993 Jean-loup Gailly
  3.  * This is free software; you can redistribute it and/or modify it under the
  4.  * terms of the GNU General Public License, see the file COPYING.
  5.  */
  6.  
  7. /*
  8.  *  PURPOSE
  9.  *
  10.  *      Encode various sets of source values using variable-length
  11.  *      binary code trees.
  12.  *
  13.  *  DISCUSSION
  14.  *
  15.  *      The PKZIP "deflation" process uses several Huffman trees. The more
  16.  *      common source values are represented by shorter bit sequences.
  17.  *
  18.  *      Each code tree is stored in the ZIP file in a compressed form
  19.  *      which is itself a Huffman encoding of the lengths of
  20.  *      all the code strings (in ascending order by source values).
  21.  *      The actual code strings are reconstructed from the lengths in
  22.  *      the UNZIP process, as described in the "application note"
  23.  *      (APPNOTE.TXT) distributed as part of PKWARE's PKZIP program.
  24.  *
  25.  *  REFERENCES
  26.  *
  27.  *      Lynch, Thomas J.
  28.  *          Data Compression:  Techniques and Applications, pp. 53-55.
  29.  *          Lifetime Learning Publications, 1985.  ISBN 0-534-03418-7.
  30.  *
  31.  *      Storer, James A.
  32.  *          Data Compression:  Methods and Theory, pp. 49-50.
  33.  *          Computer Science Press, 1988.  ISBN 0-7167-8156-5.
  34.  *
  35.  *      Sedgewick, R.
  36.  *          Algorithms, p290.
  37.  *          Addison-Wesley, 1983. ISBN 0-201-06672-6.
  38.  *
  39.  *  INTERFACE
  40.  *
  41.  *      void ct_init (ush *attr, int *methodp)
  42.  *          Allocate the match buffer, initialize the various tables and save
  43.  *          the location of the internal file attribute (ascii/binary) and
  44.  *          method (DEFLATE/STORE)
  45.  *
  46.  *      void ct_tally (int dist, int lc);
  47.  *          Save the match info and tally the frequency counts.
  48.  *
  49.  *      long flush_block (char *buf, ulg stored_len, int eof)
  50.  *          Determine the best encoding for the current block: dynamic trees,
  51.  *          static trees or store, and output the encoded block to the zip
  52.  *          file. Returns the total compressed length for the file so far.
  53.  *
  54.  */
  55.  
  56. #include "tailor.h"
  57. #include "gzip.h"
  58.  
  59. #include <ctype.h>
  60. #include <stdio.h>
  61.  
  62. #ifndef lint
  63. static char rcsid[] = "$Id: trees.c,v 0.9 1993/02/10 16:07:22 jloup Exp $";
  64. #endif
  65.  
  66. /* ===========================================================================
  67.  * Constants
  68.  */
  69.  
  70. #define MAX_BITS 15
  71. /* All codes must not exceed MAX_BITS bits */
  72.  
  73. #define MAX_BL_BITS 7
  74. /* Bit length codes must not exceed MAX_BL_BITS bits */
  75.  
  76. #define LENGTH_CODES 29
  77. /* number of length codes, not counting the special END_BLOCK code */
  78.  
  79. #define LITERALS  256
  80. /* number of literal bytes 0..255 */
  81.  
  82. #define END_BLOCK 256
  83. /* end of block literal code */
  84.  
  85. #define L_CODES (LITERALS+1+LENGTH_CODES)
  86. /* number of Literal or Length codes, including the END_BLOCK code */
  87.  
  88. #define D_CODES   30
  89. /* number of distance codes */
  90.  
  91. #define BL_CODES  19
  92. /* number of codes used to transfer the bit lengths */
  93.  
  94.  
  95. local int near extra_lbits[LENGTH_CODES] /* extra bits for each length code */
  96.    = {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};
  97.  
  98. local int near extra_dbits[D_CODES] /* extra bits for each distance code */
  99.    = {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};
  100.  
  101. local int near extra_blbits[BL_CODES]/* extra bits for each bit length code */
  102.    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,3,7};
  103.  
  104. #define STORED_BLOCK 0
  105. #define STATIC_TREES 1
  106. #define DYN_TREES    2
  107. /* The three kinds of block type */
  108.  
  109. #ifndef LIT_BUFSIZE
  110. #  ifdef SMALL_MEM
  111. #    define LIT_BUFSIZE  0x2000
  112. #  else
  113. #  ifdef MEDIUM_MEM
  114. #    define LIT_BUFSIZE  0x4000
  115. #  else
  116. #    define LIT_BUFSIZE  0x8000
  117. #  endif
  118. #  endif
  119. #endif
  120. #ifndef DIST_BUFSIZE
  121. #  define DIST_BUFSIZE  LIT_BUFSIZE
  122. #endif
  123. /* Sizes of match buffers for literals/lengths and distances.  There are
  124.  * 4 reasons for limiting LIT_BUFSIZE to 64K:
  125.  *   - frequencies can be kept in 16 bit counters
  126.  *   - if compression is not successful for the first block, all input data is
  127.  *     still in the window so we can still emit a stored block even when input
  128.  *     comes from standard input.  (This can also be done for all blocks if
  129.  *     LIT_BUFSIZE is not greater than 32K.)
  130.  *   - if compression is not successful for a file smaller than 64K, we can
  131.  *     even emit a stored file instead of a stored block (saving 5 bytes).
  132.  *   - creating new Huffman trees less frequently may not provide fast
  133.  *     adaptation to changes in the input data statistics. (Take for
  134.  *     example a binary file with poorly compressible code followed by
  135.  *     a highly compressible string table.) Smaller buffer sizes give
  136.  *     fast adaptation but have of course the overhead of transmitting trees
  137.  *     more frequently.
  138.  *   - I can't count above 4
  139.  * The current code is general and allows DIST_BUFSIZE < LIT_BUFSIZE (to save
  140.  * memory at the expense of compression). Some optimizations would be possible
  141.  * if we rely on DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
  142.  */
  143. #if LIT_BUFSIZE > INBUFSIZ
  144.     error cannot overlay l_buf and inbuf
  145. #endif
  146.  
  147. #define REP_3_6      16
  148. /* repeat previous bit length 3-6 times (2 bits of repeat count) */
  149.  
  150. #define REPZ_3_10    17
  151. /* repeat a zero length 3-10 times  (3 bits of repeat count) */
  152.  
  153. #define REPZ_11_138  18
  154. /* repeat a zero length 11-138 times  (7 bits of repeat count) */
  155.  
  156. /* ===========================================================================
  157.  * Local data
  158.  */
  159.  
  160. /* Data structure describing a single value and its code string. */
  161. typedef struct ct_data {
  162.     union {
  163.         ush  freq;       /* frequency count */
  164.         ush  code;       /* bit string */
  165.     } fc;
  166.     union {
  167.         ush  dad;        /* father node in Huffman tree */
  168.         ush  len;        /* length of bit string */
  169.     } dl;
  170. } ct_data;
  171.  
  172. #define Freq fc.freq
  173. #define Code fc.code
  174. #define Dad  dl.dad
  175. #define Len  dl.len
  176.  
  177. #define HEAP_SIZE (2*L_CODES+1)
  178. /* maximum heap size */
  179.  
  180. local ct_data near dyn_ltree[HEAP_SIZE];   /* literal and length tree */
  181. local ct_data near dyn_dtree[2*D_CODES+1]; /* distance tree */
  182.  
  183. local ct_data near static_ltree[L_CODES+2];
  184. /* The static literal tree. Since the bit lengths are imposed, there is no
  185.  * need for the L_CODES extra codes used during heap construction. However
  186.  * The codes 286 and 287 are needed to build a canonical tree (see ct_init
  187.  * below).
  188.  */
  189.  
  190. local ct_data near static_dtree[D_CODES];
  191. /* The static distance tree. (Actually a trivial tree since all codes use
  192.  * 5 bits.)
  193.  */
  194.  
  195. local ct_data near bl_tree[2*BL_CODES+1];
  196. /* Huffman tree for the bit lengths */
  197.  
  198. typedef struct tree_desc {
  199.     ct_data near *dyn_tree;      /* the dynamic tree */
  200.     ct_data near *static_tree;   /* corresponding static tree or NULL */
  201.     int     near *extra_bits;    /* extra bits for each code or NULL */
  202.     int     extra_base;          /* base index for extra_bits */
  203.     int     elems;               /* max number of elements in the tree */
  204.     int     max_length;          /* max bit length for the codes */
  205.     int     max_code;            /* largest code with non zero frequency */
  206. } tree_desc;
  207.  
  208. local tree_desc near l_desc =
  209. {dyn_ltree, static_ltree, extra_lbits, LITERALS+1, L_CODES, MAX_BITS, 0};
  210.  
  211. local tree_desc near d_desc =
  212. {dyn_dtree, static_dtree, extra_dbits, 0,          D_CODES, MAX_BITS, 0};
  213.  
  214. local tree_desc near bl_desc =
  215. {bl_tree, (ct_data near *)0, extra_blbits, 0,      BL_CODES, MAX_BL_BITS, 0};
  216.  
  217.  
  218. local ush near bl_count[MAX_BITS+1];
  219. /* number of codes at each bit length for an optimal tree */
  220.  
  221. local uch near bl_order[BL_CODES]
  222.    = {16,17,18,0,8,7,9,6,10,5,11,4,12,3,13,2,14,1,15};
  223. /* The lengths of the bit length codes are sent in order of decreasing
  224.  * probability, to avoid transmitting the lengths for unused bit length codes.
  225.  */
  226.  
  227. local int near heap[2*L_CODES+1]; /* heap used to build the Huffman trees */
  228. local int heap_len;               /* number of elements in the heap */
  229. local int heap_max;               /* element of largest frequency */
  230. /* The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1]. heap[0] is not used.
  231.  * The same heap array is used to build all trees.
  232.  */
  233.  
  234. local uch near depth[2*L_CODES+1];
  235. /* Depth of each subtree used as tie breaker for trees of equal frequency */
  236.  
  237. local uch length_code[MAX_MATCH-MIN_MATCH+1];
  238. /* length code for each normalized match length (0 == MIN_MATCH) */
  239.  
  240. local uch dist_code[512];
  241. /* distance codes. The first 256 values correspond to the distances
  242.  * 3 .. 258, the last 256 values correspond to the top 8 bits of
  243.  * the 15 bit distances.
  244.  */
  245.  
  246. local int near base_length[LENGTH_CODES];
  247. /* First normalized length for each code (0 = MIN_MATCH) */
  248.  
  249. local int near base_dist[D_CODES];
  250. /* First normalized distance for each code (0 = distance of 1) */
  251.  
  252. #define l_buf inbuf
  253. /* DECLARE(uch, l_buf, LIT_BUFSIZE);  buffer for literals or lengths */
  254.  
  255. /* DECLARE(ush, d_buf, DIST_BUFSIZE); buffer for distances */
  256.  
  257. local uch near flag_buf[(LIT_BUFSIZE/8)];
  258. /* flag_buf is a bit array distinguishing literals from lengths in
  259.  * l_buf, thus indicating the presence or absence of a distance.
  260.  */
  261.  
  262. local unsigned last_lit;    /* running index in l_buf */
  263. local unsigned last_dist;   /* running index in d_buf */
  264. local unsigned last_flags;  /* running index in flag_buf */
  265. local uch flags;            /* current flags not yet saved in flag_buf */
  266. local uch flag_bit;         /* current bit used in flags */
  267. /* bits are filled in flags starting at bit 0 (least significant).
  268.  * Note: these flags are overkill in the current code since we don't
  269.  * take advantage of DIST_BUFSIZE == LIT_BUFSIZE.
  270.  */
  271.  
  272. local ulg opt_len;        /* bit length of current block with optimal trees */
  273. local ulg static_len;     /* bit length of current block with static trees */
  274.  
  275. local ulg compressed_len; /* total bit length of compressed file */
  276.  
  277. local ulg input_len;      /* total byte length of input file */
  278. /* input_len is for debugging only since we can get it by other means. */
  279.  
  280. ush *file_type;        /* pointer to UNKNOWN, BINARY or ASCII */
  281. int *file_method;      /* pointer to DEFLATE or STORE */
  282.  
  283. #ifdef DEBUG
  284. extern ulg bits_sent;  /* bit length of the compressed data */
  285. extern long isize;     /* byte length of input file */
  286. #endif
  287.  
  288. extern long block_start;       /* window offset of current block */
  289. extern unsigned near strstart; /* window offset of current string */
  290.  
  291. /* ===========================================================================
  292.  * Local (static) routines in this file.
  293.  */
  294.  
  295. local void init_block     OF((void));
  296. local void pqdownheap     OF((ct_data near *tree, int k));
  297. local void gen_bitlen     OF((tree_desc near *desc));
  298. local void gen_codes      OF((ct_data near *tree, int max_code));
  299. local void build_tree     OF((tree_desc near *desc));
  300. local void scan_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
  301. local void send_tree      OF((ct_data near *tree, int max_code));
  302. local int  build_bl_tree  OF((void));
  303. local void send_all_trees OF((int lcodes, int dcodes, int blcodes));
  304. local void compress_block OF((ct_data near *ltree, ct_data near *dtree));
  305. local void set_file_type  OF((void));
  306.  
  307.  
  308. #ifndef DEBUG
  309. #  define send_code(c, tree) send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len)
  310.    /* Send a code of the given tree. c and tree must not have side effects */
  311.  
  312. #else /* DEBUG */
  313. #  define send_code(c, tree) \
  314.      { if (verbose>1) fprintf(stderr,"\ncd %3d ",(c)); \
  315.        send_bits(tree[c].Code, tree[c].Len); }
  316. #endif
  317.  
  318. #define d_code(dist) \
  319.    ((dist) < 256 ? dist_code[dist] : dist_code[256+((dist)>>7)])
  320. /* Mapping from a distance to a distance code. dist is the distance - 1 and
  321.  * must not have side effects. dist_code[256] and dist_code[257] are never
  322.  * used.
  323.  */
  324.  
  325. #define MAX(a,b) (a >= b ? a : b)
  326. /* the arguments must not have side effects */
  327.  
  328. /* ===========================================================================
  329.  * Allocate the match buffer, initialize the various tables and save the
  330.  * location of the internal file attribute (ascii/binary) and method
  331.  * (DEFLATE/STORE).
  332.  */
  333. void ct_init(attr, methodp)
  334.     ush  *attr;   /* pointer to internal file attribute */
  335.     int  *methodp; /* pointer to compression method */
  336. {
  337.     int n;        /* iterates over tree elements */
  338.     int bits;     /* bit counter */
  339.     int length;   /* length value */
  340.     int code;     /* code value */
  341.     int dist;     /* distance index */
  342.  
  343.     file_type = attr;
  344.     file_method = methodp;
  345.     compressed_len = input_len = 0L;
  346.         
  347.     if (static_dtree[0].Len != 0) return; /* ct_init already called */
  348.  
  349.     /* Initialize the mapping length (0..255) -> length code (0..28) */
  350.     length = 0;
  351.     for (code = 0; code < LENGTH_CODES-1; code++) {
  352.         base_length[code] = length;
  353.         for (n = 0; n < (1<<extra_lbits[code]); n++) {
  354.             length_code[length++] = (uch)code;
  355.         }
  356.     }
  357.     Assert (length == 256, "ct_init: length != 256");
  358.     /* Note that the length 255 (match length 258) can be represented
  359.      * in two different ways: code 284 + 5 bits or code 285, so we
  360.      * overwrite length_code[255] to use the best encoding:
  361.      */
  362.     length_code[length-1] = (uch)code;
  363.  
  364.     /* Initialize the mapping dist (0..32K) -> dist code (0..29) */
  365.     dist = 0;
  366.     for (code = 0 ; code < 16; code++) {
  367.         base_dist[code] = dist;
  368.         for (n = 0; n < (1<<extra_dbits[code]); n++) {
  369.             dist_code[dist++] = (uch)code;
  370.         }
  371.     }
  372.     Assert (dist == 256, "ct_init: dist != 256");
  373.     dist >>= 7; /* from now on, all distances are divided by 128 */
  374.     for ( ; code < D_CODES; code++) {
  375.         base_dist[code] = dist << 7;
  376.         for (n = 0; n < (1<<(extra_dbits[code]-7)); n++) {
  377.             dist_code[256 + dist++] = (uch)code;
  378.         }
  379.     }
  380.     Assert (dist == 256, "ct_init: 256+dist != 512");
  381.  
  382.     /* Construct the codes of the static literal tree */
  383.     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
  384.     n = 0;
  385.     while (n <= 143) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
  386.     while (n <= 255) static_ltree[n++].Len = 9, bl_count[9]++;
  387.     while (n <= 279) static_ltree[n++].Len = 7, bl_count[7]++;
  388.     while (n <= 287) static_ltree[n++].Len = 8, bl_count[8]++;
  389.     /* Codes 286 and 287 do not exist, but we must include them in the
  390.      * tree construction to get a canonical Huffman tree (longest code
  391.      * all ones)
  392.      */
  393.     gen_codes((ct_data near *)static_ltree, L_CODES+1);
  394.  
  395.     /* The static distance tree is trivial: */
  396.     for (n = 0; n < D_CODES; n++) {
  397.         static_dtree[n].Len = 5;
  398.         static_dtree[n].Code = bi_reverse(n, 5);
  399.     }
  400.  
  401.     /* Initialize the first block of the first file: */
  402.     init_block();
  403. }
  404.  
  405. /* ===========================================================================
  406.  * Initialize a new block.
  407.  */
  408. local void init_block()
  409. {
  410.     int n; /* iterates over tree elements */
  411.  
  412.     /* Initialize the trees. */
  413.     for (n = 0; n < L_CODES;  n++) dyn_ltree[n].Freq = 0;
  414.     for (n = 0; n < D_CODES;  n++) dyn_dtree[n].Freq = 0;
  415.     for (n = 0; n < BL_CODES; n++) bl_tree[n].Freq = 0;
  416.  
  417.     dyn_ltree[END_BLOCK].Freq = 1;
  418.     opt_len = static_len = 0L;
  419.     last_lit = last_dist = last_flags = 0;
  420.     flags = 0; flag_bit = 1;
  421. }
  422.  
  423. #define SMALLEST 1
  424. /* Index within the heap array of least frequent node in the Huffman tree */
  425.  
  426.  
  427. /* ===========================================================================
  428.  * Remove the smallest element from the heap and recreate the heap with
  429.  * one less element. Updates heap and heap_len.
  430.  */
  431. #define pqremove(tree, top) \
  432. {\
  433.     top = heap[SMALLEST]; \
  434.     heap[SMALLEST] = heap[heap_len--]; \
  435.     pqdownheap(tree, SMALLEST); \
  436. }
  437.  
  438. /* ===========================================================================
  439.  * Compares to subtrees, using the tree depth as tie breaker when
  440.  * the subtrees have equal frequency. This minimizes the worst case length.
  441.  */
  442. #define smaller(tree, n, m) \
  443.    (tree[n].Freq < tree[m].Freq || \
  444.    (tree[n].Freq == tree[m].Freq && depth[n] <= depth[m]))
  445.  
  446. /* ===========================================================================
  447.  * Restore the heap property by moving down the tree starting at node k,
  448.  * exchanging a node with the smallest of its two sons if necessary, stopping
  449.  * when the heap property is re-established (each father smaller than its
  450.  * two sons).
  451.  */
  452. local void pqdownheap(tree, k)
  453.     ct_data near *tree;  /* the tree to restore */
  454.     int k;               /* node to move down */
  455. {
  456.     int v = heap[k];
  457.     int j = k << 1;  /* left son of k */
  458.     while (j <= heap_len) {
  459.         /* Set j to the smallest of the two sons: */
  460.         if (j < heap_len && smaller(tree, heap[j+1], heap[j])) j++;
  461.  
  462.         /* Exit if v is smaller than both sons */
  463.         if (smaller(tree, v, heap[j])) break;
  464.  
  465.         /* Exchange v with the smallest son */
  466.         heap[k] = heap[j];  k = j;
  467.  
  468.         /* And continue down the tree, setting j to the left son of k */
  469.         j <<= 1;
  470.     }
  471.     heap[k] = v;
  472. }
  473.  
  474. /* ===========================================================================
  475.  * Compute the optimal bit lengths for a tree and update the total bit length
  476.  * for the current block.
  477.  * IN assertion: the fields freq and dad are set, heap[heap_max] and
  478.  *    above are the tree nodes sorted by increasing frequency.
  479.  * OUT assertions: the field len is set to the optimal bit length, the
  480.  *     array bl_count contains the frequencies for each bit length.
  481.  *     The length opt_len is updated; static_len is also updated if stree is
  482.  *     not null.
  483.  */
  484. local void gen_bitlen(desc)
  485.     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
  486. {
  487.     ct_data near *tree  = desc->dyn_tree;
  488.     int near *extra     = desc->extra_bits;
  489.     int base            = desc->extra_base;
  490.     int max_code        = desc->max_code;
  491.     int max_length      = desc->max_length;
  492.     ct_data near *stree = desc->static_tree;
  493.     int h;              /* heap index */
  494.     int n, m;           /* iterate over the tree elements */
  495.     int bits;           /* bit length */
  496.     int xbits;          /* extra bits */
  497.     ush f;              /* frequency */
  498.     int overflow = 0;   /* number of elements with bit length too large */
  499.  
  500.     for (bits = 0; bits <= MAX_BITS; bits++) bl_count[bits] = 0;
  501.  
  502.     /* In a first pass, compute the optimal bit lengths (which may
  503.      * overflow in the case of the bit length tree).
  504.      */
  505.     tree[heap[heap_max]].Len = 0; /* root of the heap */
  506.  
  507.     for (h = heap_max+1; h < HEAP_SIZE; h++) {
  508.         n = heap[h];
  509.         bits = tree[tree[n].Dad].Len + 1;
  510.         if (bits > max_length) bits = max_length, overflow++;
  511.         tree[n].Len = (ush)bits;
  512.         /* We overwrite tree[n].Dad which is no longer needed */
  513.  
  514.         if (n > max_code) continue; /* not a leaf node */
  515.  
  516.         bl_count[bits]++;
  517.         xbits = 0;
  518.         if (n >= base) xbits = extra[n-base];
  519.         f = tree[n].Freq;
  520.         opt_len += (ulg)f * (bits + xbits);
  521.         if (stree) static_len += (ulg)f * (stree[n].Len + xbits);
  522.     }
  523.     if (overflow == 0) return;
  524.  
  525.     Trace((stderr,"\nbit length overflow\n"));
  526.     /* This happens for example on obj2 and pic of the Calgary corpus */
  527.  
  528.     /* Find the first bit length which could increase: */
  529.     do {
  530.         bits = max_length-1;
  531.         while (bl_count[bits] == 0) bits--;
  532.         bl_count[bits]--;      /* move one leaf down the tree */
  533.         bl_count[bits+1] += 2; /* move one overflow item as its brother */
  534.         bl_count[max_length]--;
  535.         /* The brother of the overflow item also moves one step up,
  536.          * but this does not affect bl_count[max_length]
  537.          */
  538.         overflow -= 2;
  539.     } while (overflow > 0);
  540.  
  541.     /* Now recompute all bit lengths, scanning in increasing frequency.
  542.      * h is still equal to HEAP_SIZE. (It is simpler to reconstruct all
  543.      * lengths instead of fixing only the wrong ones. This idea is taken
  544.      * from 'ar' written by Haruhiko Okumura.)
  545.      */
  546.     for (bits = max_length; bits != 0; bits--) {
  547.         n = bl_count[bits];
  548.         while (n != 0) {
  549.             m = heap[--h];
  550.             if (m > max_code) continue;
  551.             if (tree[m].Len != (unsigned) bits) {
  552.                 Trace((stderr,"code %d bits %d->%d\n", m, tree[m].Len, bits));
  553.                 opt_len += ((long)bits-(long)tree[m].Len)*(long)tree[m].Freq;
  554.                 tree[m].Len = (ush)bits;
  555.             }
  556.             n--;
  557.         }
  558.     }
  559. }
  560.  
  561. /* ===========================================================================
  562.  * Generate the codes for a given tree and bit counts (which need not be
  563.  * optimal).
  564.  * IN assertion: the array bl_count contains the bit length statistics for
  565.  * the given tree and the field len is set for all tree elements.
  566.  * OUT assertion: the field code is set for all tree elements of non
  567.  *     zero code length.
  568.  */
  569. local void gen_codes (tree, max_code)
  570.     ct_data near *tree;        /* the tree to decorate */
  571.     int max_code;              /* largest code with non zero frequency */
  572. {
  573.     ush next_code[MAX_BITS+1]; /* next code value for each bit length */
  574.     ush code = 0;              /* running code value */
  575.     int bits;                  /* bit index */
  576.     int n;                     /* code index */
  577.  
  578.     /* The distribution counts are first used to generate the code values
  579.      * without bit reversal.
  580.      */
  581.     for (bits = 1; bits <= MAX_BITS; bits++) {
  582.         next_code[bits] = code = (code + bl_count[bits-1]) << 1;
  583.     }
  584.     /* Check that the bit counts in bl_count are consistent. The last code
  585.      * must be all ones.
  586.      */
  587.     Assert (code + bl_count[MAX_BITS]-1 == (1<<MAX_BITS)-1,
  588.             "inconsistent bit counts");
  589.     Tracev((stderr,"\ngen_codes: max_code %d ", max_code));
  590.  
  591.     for (n = 0;  n <= max_code; n++) {
  592.         int len = tree[n].Len;
  593.         if (len == 0) continue;
  594.         /* Now reverse the bits */
  595.         tree[n].Code = bi_reverse(next_code[len]++, len);
  596.  
  597.         Tracec(tree != static_ltree, (stderr,"\nn %3d %c l %2d c %4x (%x) ",
  598.              n, (isgraph(n) ? n : ' '), len, tree[n].Code, next_code[len]-1));
  599.     }
  600. }
  601.  
  602. /* ===========================================================================
  603.  * Construct one Huffman tree and assigns the code bit strings and lengths.
  604.  * Update the total bit length for the current block.
  605.  * IN assertion: the field freq is set for all tree elements.
  606.  * OUT assertions: the fields len and code are set to the optimal bit length
  607.  *     and corresponding code. The length opt_len is updated; static_len is
  608.  *     also updated if stree is not null. The field max_code is set.
  609.  */
  610. local void build_tree(desc)
  611.     tree_desc near *desc; /* the tree descriptor */
  612. {
  613.     ct_data near *tree   = desc->dyn_tree;
  614.     ct_data near *stree  = desc->static_tree;
  615.     int elems            = desc->elems;
  616.     int n, m;          /* iterate over heap elements */
  617.     int max_code = -1; /* largest code with non zero frequency */
  618.     int node = elems;  /* next internal node of the tree */
  619.  
  620.     /* Construct the initial heap, with least frequent element in
  621.      * heap[SMALLEST]. The sons of heap[n] are heap[2*n] and heap[2*n+1].
  622.      * heap[0] is not used.
  623.      */
  624.     heap_len = 0, heap_max = HEAP_SIZE;
  625.  
  626.     for (n = 0; n < elems; n++) {
  627.         if (tree[n].Freq != 0) {
  628.             heap[++heap_len] = max_code = n;
  629.             depth[n] = 0;
  630.         } else {
  631.             tree[n].Len = 0;
  632.         }
  633.     }
  634.  
  635.     /* The pkzip format requires that at least one distance code exists,
  636.      * and that at least one bit should be sent even if there is only one
  637.      * possible code. So to avoid special checks later on we force at least
  638.      * two codes of non zero frequency.
  639.      */
  640.     while (heap_len < 2) {
  641.         int new = heap[++heap_len] = (max_code < 2 ? ++max_code : 0);
  642.         tree[new].Freq = 1;
  643.         depth[new] = 0;
  644.         opt_len--; if (stree) static_len -= stree[new].Len;
  645.         /* new is 0 or 1 so it does not have extra bits */
  646.     }
  647.     desc->max_code = max_code;
  648.  
  649.     /* The elements heap[heap_len/2+1 .. heap_len] are leaves of the tree,
  650.      * establish sub-heaps of increasing lengths:
  651.      */
  652.     for (n = heap_len/2; n >= 1; n--) pqdownheap(tree, n);
  653.  
  654.     /* Construct the Huffman tree by repeatedly combining the least two
  655.      * frequent nodes.
  656.      */
  657.     do {
  658.         pqremove(tree, n);   /* n = node of least frequency */
  659.         m = heap[SMALLEST];  /* m = node of next least frequency */
  660.  
  661.         heap[--heap_max] = n; /* keep the nodes sorted by frequency */
  662.         heap[--heap_max] = m;
  663.  
  664.         /* Create a new node father of n and m */
  665.         tree[node].Freq = tree[n].Freq + tree[m].Freq;
  666.         depth[node] = (uch) (MAX(depth[n], depth[m]) + 1);
  667.         tree[n].Dad = tree[m].Dad = (ush)node;
  668. #ifdef DUMP_BL_TREE
  669.         if (tree == bl_tree) {
  670.             fprintf(stderr,"\nnode %d(%d), sons %d(%d) %d(%d)",
  671.                     node, tree[node].Freq, n, tree[n].Freq, m, tree[m].Freq);
  672.         }
  673. #endif
  674.         /* and insert the new node in the heap */
  675.         heap[SMALLEST] = node++;
  676.         pqdownheap(tree, SMALLEST);
  677.  
  678.     } while (heap_len >= 2);
  679.  
  680.     heap[--heap_max] = heap[SMALLEST];
  681.  
  682.     /* At this point, the fields freq and dad are set. We can now
  683.      * generate the bit lengths.
  684.      */
  685.     gen_bitlen((tree_desc near *)desc);
  686.  
  687.     /* The field len is now set, we can generate the bit codes */
  688.     gen_codes ((ct_data near *)tree, max_code);
  689. }
  690.  
  691. /* ===========================================================================
  692.  * Scan a literal or distance tree to determine the frequencies of the codes
  693.  * in the bit length tree. Updates opt_len to take into account the repeat
  694.  * counts. (The contribution of the bit length codes will be added later
  695.  * during the construction of bl_tree.)
  696.  */
  697. local void scan_tree (tree, max_code)
  698.     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
  699.     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
  700. {
  701.     int n;                     /* iterates over all tree elements */
  702.     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
  703.     int curlen;                /* length of current code */
  704.     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
  705.     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
  706.     int max_count = 7;         /* max repeat count */
  707.     int min_count = 4;         /* min repeat count */
  708.  
  709.     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
  710.     tree[max_code+1].Len = (ush)-1; /* guard */
  711.  
  712.     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
  713.         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
  714.         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
  715.             continue;
  716.         } else if (count < min_count) {
  717.             bl_tree[curlen].Freq += count;
  718.         } else if (curlen != 0) {
  719.             if (curlen != prevlen) bl_tree[curlen].Freq++;
  720.             bl_tree[REP_3_6].Freq++;
  721.         } else if (count <= 10) {
  722.             bl_tree[REPZ_3_10].Freq++;
  723.         } else {
  724.             bl_tree[REPZ_11_138].Freq++;
  725.         }
  726.         count = 0; prevlen = curlen;
  727.         if (nextlen == 0) {
  728.             max_count = 138, min_count = 3;
  729.         } else if (curlen == nextlen) {
  730.             max_count = 6, min_count = 3;
  731.         } else {
  732.             max_count = 7, min_count = 4;
  733.         }
  734.     }
  735. }
  736.  
  737. /* ===========================================================================
  738.  * Send a literal or distance tree in compressed form, using the codes in
  739.  * bl_tree.
  740.  */
  741. local void send_tree (tree, max_code)
  742.     ct_data near *tree; /* the tree to be scanned */
  743.     int max_code;       /* and its largest code of non zero frequency */
  744. {
  745.     int n;                     /* iterates over all tree elements */
  746.     int prevlen = -1;          /* last emitted length */
  747.     int curlen;                /* length of current code */
  748.     int nextlen = tree[0].Len; /* length of next code */
  749.     int count = 0;             /* repeat count of the current code */
  750.     int max_count = 7;         /* max repeat count */
  751.     int min_count = 4;         /* min repeat count */
  752.  
  753.     /* tree[max_code+1].Len = -1; */  /* guard already set */
  754.     if (nextlen == 0) max_count = 138, min_count = 3;
  755.  
  756.     for (n = 0; n <= max_code; n++) {
  757.         curlen = nextlen; nextlen = tree[n+1].Len;
  758.         if (++count < max_count && curlen == nextlen) {
  759.             continue;
  760.         } else if (count < min_count) {
  761.             do { send_code(curlen, bl_tree); } while (--count != 0);
  762.  
  763.         } else if (curlen != 0) {
  764.             if (curlen != prevlen) {
  765.                 send_code(curlen, bl_tree); count--;
  766.             }
  767.             Assert(count >= 3 && count <= 6, " 3_6?");
  768.             send_code(REP_3_6, bl_tree); send_bits(count-3, 2);
  769.  
  770.         } else if (count <= 10) {
  771.             send_code(REPZ_3_10, bl_tree); send_bits(count-3, 3);
  772.  
  773.         } else {
  774.             send_code(REPZ_11_138, bl_tree); send_bits(count-11, 7);
  775.         }
  776.         count = 0; prevlen = curlen;
  777.         if (nextlen == 0) {
  778.             max_count = 138, min_count = 3;
  779.         } else if (curlen == nextlen) {
  780.             max_count = 6, min_count = 3;
  781.         } else {
  782.             max_count = 7, min_count = 4;
  783.         }
  784.     }
  785. }
  786.  
  787. /* ===========================================================================
  788.  * Construct the Huffman tree for the bit lengths and return the index in
  789.  * bl_order of the last bit length code to send.
  790.  */
  791. local int build_bl_tree()
  792. {
  793.     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
  794.  
  795.     /* Determine the bit length frequencies for literal and distance trees */
  796.     scan_tree((ct_data near *)dyn_ltree, l_desc.max_code);
  797.     scan_tree((ct_data near *)dyn_dtree, d_desc.max_code);
  798.  
  799.     /* Build the bit length tree: */
  800.     build_tree((tree_desc near *)(&bl_desc));
  801.     /* opt_len now includes the length of the tree representations, except
  802.      * the lengths of the bit lengths codes and the 5+5+4 bits for the counts.
  803.      */
  804.  
  805.     /* Determine the number of bit length codes to send. The pkzip format
  806.      * requires that at least 4 bit length codes be sent. (appnote.txt says
  807.      * 3 but the actual value used is 4.)
  808.      */
  809.     for (max_blindex = BL_CODES-1; max_blindex >= 3; max_blindex--) {
  810.         if (bl_tree[bl_order[max_blindex]].Len != 0) break;
  811.     }
  812.     /* Update opt_len to include the bit length tree and counts */
  813.     opt_len += 3*(max_blindex+1) + 5+5+4;
  814.     Tracev((stderr, "\ndyn trees: dyn %ld, stat %ld", opt_len, static_len));
  815.  
  816.     return max_blindex;
  817. }
  818.  
  819. /* ===========================================================================
  820.  * Send the header for a block using dynamic Huffman trees: the counts, the
  821.  * lengths of the bit length codes, the literal tree and the distance tree.
  822.  * IN assertion: lcodes >= 257, dcodes >= 1, blcodes >= 4.
  823.  */
  824. local void send_all_trees(lcodes, dcodes, blcodes)
  825.     int lcodes, dcodes, blcodes; /* number of codes for each tree */
  826. {
  827.     int rank;                    /* index in bl_order */
  828.  
  829.     Assert (lcodes >= 257 && dcodes >= 1 && blcodes >= 4, "not enough codes");
  830.     Assert (lcodes <= L_CODES && dcodes <= D_CODES && blcodes <= BL_CODES,
  831.             "too many codes");
  832.     Tracev((stderr, "\nbl counts: "));
  833.     send_bits(lcodes-257, 5); /* not +255 as stated in appnote.txt */
  834.     send_bits(dcodes-1,   5);
  835.     send_bits(blcodes-4,  4); /* not -3 as stated in appnote.txt */
  836.     for (rank = 0; rank < blcodes; rank++) {
  837.         Tracev((stderr, "\nbl code %2d ", bl_order[rank]));
  838.         send_bits(bl_tree[bl_order[rank]].Len, 3);
  839.     }
  840.     Tracev((stderr, "\nbl tree: sent %ld", bits_sent));
  841.  
  842.     send_tree((ct_data near *)dyn_ltree, lcodes-1); /* send the literal tree */
  843.     Tracev((stderr, "\nlit tree: sent %ld", bits_sent));
  844.  
  845.     send_tree((ct_data near *)dyn_dtree, dcodes-1); /* send the distance tree */
  846.     Tracev((stderr, "\ndist tree: sent %ld", bits_sent));
  847. }
  848.  
  849. /* ===========================================================================
  850.  * Determine the best encoding for the current block: dynamic trees, static
  851.  * trees or store, and output the encoded block to the zip file. This function
  852.  * returns the total compressed length for the file so far.
  853.  */
  854. ulg flush_block(buf, stored_len, eof)
  855.     char *buf;        /* input block, or NULL if too old */
  856.     ulg stored_len;   /* length of input block */
  857.     int eof;          /* true if this is the last block for a file */
  858. {
  859.     ulg opt_lenb, static_lenb; /* opt_len and static_len in bytes */
  860.     int max_blindex;  /* index of last bit length code of non zero freq */
  861.  
  862.     flag_buf[last_flags] = flags; /* Save the flags for the last 8 items */
  863.  
  864.      /* Check if the file is ascii or binary */
  865.     if (*file_type == (ush)UNKNOWN) set_file_type();
  866.  
  867.     /* Construct the literal and distance trees */
  868.     build_tree((tree_desc near *)(&l_desc));
  869.     Tracev((stderr, "\nlit data: dyn %ld, stat %ld", opt_len, static_len));
  870.  
  871.     build_tree((tree_desc near *)(&d_desc));
  872.     Tracev((stderr, "\ndist data: dyn %ld, stat %ld", opt_len, static_len));
  873.     /* At this point, opt_len and static_len are the total bit lengths of
  874.      * the compressed block data, excluding the tree representations.
  875.      */
  876.  
  877.     /* Build the bit length tree for the above two trees, and get the index
  878.      * in bl_order of the last bit length code to send.
  879.      */
  880.     max_blindex = build_bl_tree();
  881.  
  882.     /* Determine the best encoding. Compute first the block length in bytes */
  883.     opt_lenb = (opt_len+3+7)>>3;
  884.     static_lenb = (static_len+3+7)>>3;
  885.     input_len += stored_len; /* for debugging only */
  886.  
  887.     Trace((stderr, "\nopt %lu(%lu) stat %lu(%lu) stored %lu lit %u dist %u ",
  888.             opt_lenb, opt_len, static_lenb, static_len, stored_len,
  889.             last_lit, last_dist));
  890.  
  891.     if (static_lenb <= opt_lenb) opt_lenb = static_lenb;
  892.  
  893.     /* If compression failed and this is the first and last block,
  894.      * and if the zip file can be seeked (to rewrite the local header),
  895.      * the whole file is transformed into a stored file:
  896.      */
  897. #ifdef FORCE_METHOD
  898.     if (level == 1 && eof && compressed_len == 0L) { /* force stored file */
  899. #else
  900.     if (stored_len <= opt_lenb && eof && compressed_len == 0L && seekable()) {
  901. #endif
  902.         /* Since LIT_BUFSIZE <= 2*WSIZE, the input data must be there: */
  903.         if (buf == (char*)0) error ("block vanished");
  904.  
  905.         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 0); /* without header */
  906.         compressed_len = stored_len << 3;
  907.         *file_method = STORED;
  908.  
  909. #ifdef FORCE_METHOD
  910.     } else if (level == 2 && buf != (char*)0) { /* force stored block */
  911. #else
  912.     } else if (stored_len+4 <= opt_lenb && buf != (char*)0) {
  913.                        /* 4: two words for the lengths */
  914. #endif
  915.         /* The test buf != NULL is only necessary if LIT_BUFSIZE > WSIZE.
  916.          * Otherwise we can't have processed more than WSIZE input bytes since
  917.          * the last block flush, because compression would have been
  918.          * successful. If LIT_BUFSIZE <= WSIZE, it is never too late to
  919.          * transform a block into a stored block.
  920.          */
  921.         send_bits((STORED_BLOCK<<1)+eof, 3);  /* send block type */
  922.         compressed_len = (compressed_len + 3 + 7) & ~7L;
  923.         compressed_len += (stored_len + 4) << 3;
  924.  
  925.         copy_block(buf, (unsigned)stored_len, 1); /* with header */
  926.  
  927. #ifdef FORCE_METHOD
  928.     } else if (level == 3) { /* force static trees */
  929. #else
  930.     } else if (static_lenb == opt_lenb) {
  931. #endif
  932.         send_bits((STATIC_TREES<<1)+eof, 3);
  933.         compress_block((ct_data near *)static_ltree, (ct_data near *)static_dtree);
  934.         compressed_len += 3 + static_len;
  935.     } else {
  936.         send_bits((DYN_TREES<<1)+eof, 3);
  937.         send_all_trees(l_desc.max_code+1, d_desc.max_code+1, max_blindex+1);
  938.         compress_block((ct_data near *)dyn_ltree, (ct_data near *)dyn_dtree);
  939.         compressed_len += 3 + opt_len;
  940.     }
  941.     Assert (compressed_len == bits_sent, "bad compressed size");
  942.     init_block();
  943.  
  944.     if (eof) {
  945.         Assert (input_len == isize, "bad input size");
  946.         bi_windup();
  947.         compressed_len += 7;  /* align on byte boundary */
  948.     }
  949.     Tracev((stderr,"\ncomprlen %lu(%lu) ", compressed_len>>3,
  950.            compressed_len-7*eof));
  951.  
  952.     return compressed_len >> 3;
  953. }
  954.  
  955. /* ===========================================================================
  956.  * Save the match info and tally the frequency counts. Return true if
  957.  * the current block must be flushed.
  958.  */
  959. int ct_tally (dist, lc)
  960.     int dist;  /* distance of matched string */
  961.     int lc;    /* match length-MIN_MATCH or unmatched char (if dist==0) */
  962. {
  963.     l_buf[last_lit++] = (uch)lc;
  964.     if (dist == 0) {
  965.         /* lc is the unmatched char */
  966.         dyn_ltree[lc].Freq++;
  967.     } else {
  968.         /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
  969.         dist--;             /* dist = match distance - 1 */
  970.         Assert((ush)dist < (ush)MAX_DIST &&
  971.                (ush)lc <= (ush)(MAX_MATCH-MIN_MATCH) &&
  972.                (ush)d_code(dist) < (ush)D_CODES,  "ct_tally: bad match");
  973.  
  974.         dyn_ltree[length_code[lc]+LITERALS+1].Freq++;
  975.         dyn_dtree[d_code(dist)].Freq++;
  976.  
  977.         d_buf[last_dist++] = (ush)dist;
  978.         flags |= flag_bit;
  979.     }
  980.     flag_bit <<= 1;
  981.  
  982.     /* Output the flags if they fill a byte: */
  983.     if ((last_lit & 7) == 0) {
  984.         flag_buf[last_flags++] = flags;
  985.         flags = 0, flag_bit = 1;
  986.     }
  987.     /* Try to guess if it is profitable to stop the current block here */
  988.     if (level > 2 && (last_lit & 0xfff) == 0) {
  989.         /* Compute an upper bound for the compressed length */
  990.         ulg out_length = (ulg)last_lit*8L;
  991.         ulg in_length = (ulg)strstart-block_start;
  992.         int dcode;
  993.         for (dcode = 0; dcode < D_CODES; dcode++) {
  994.             out_length += (ulg)dyn_dtree[dcode].Freq*(5L+extra_dbits[dcode]);
  995.         }
  996.         out_length >>= 3;
  997.         Trace((stderr,"\nlast_lit %u, last_dist %u, in %ld, out ~%ld(%ld%%) ",
  998.                last_lit, last_dist, in_length, out_length,
  999.                100L - out_length*100L/in_length));
  1000.         if (last_dist < last_lit/2 && out_length < in_length/2) return 1;
  1001.     }
  1002.     return (last_lit == LIT_BUFSIZE-1 || last_dist == DIST_BUFSIZE);
  1003.     /* We avoid equality with LIT_BUFSIZE because of wraparound at 64K
  1004.      * on 16 bit machines and because stored blocks are restricted to
  1005.      * 64K-1 bytes.
  1006.      */
  1007. }
  1008.  
  1009. /* ===========================================================================
  1010.  * Send the block data compressed using the given Huffman trees
  1011.  */
  1012. local void compress_block(ltree, dtree)
  1013.     ct_data near *ltree; /* literal tree */
  1014.     ct_data near *dtree; /* distance tree */
  1015. {
  1016.     unsigned dist;      /* distance of matched string */
  1017.     int lc;             /* match length or unmatched char (if dist == 0) */
  1018.     unsigned lx = 0;    /* running index in l_buf */
  1019.     unsigned dx = 0;    /* running index in d_buf */
  1020.     unsigned fx = 0;    /* running index in flag_buf */
  1021.     uch flag = 0;       /* current flags */
  1022.     unsigned code;      /* the code to send */
  1023.     int extra;          /* number of extra bits to send */
  1024.  
  1025.     if (last_lit != 0) do {
  1026.         if ((lx & 7) == 0) flag = flag_buf[fx++];
  1027.         lc = l_buf[lx++];
  1028.         if ((flag & 1) == 0) {
  1029.             send_code(lc, ltree); /* send a literal byte */
  1030.             Tracecv(isgraph(lc), (stderr," '%c' ", lc));
  1031.         } else {
  1032.             /* Here, lc is the match length - MIN_MATCH */
  1033.             code = length_code[lc];
  1034.             send_code(code+LITERALS+1, ltree); /* send the length code */
  1035.             extra = extra_lbits[code];
  1036.             if (extra != 0) {
  1037.                 lc -= base_length[code];
  1038.                 send_bits(lc, extra);        /* send the extra length bits */
  1039.             }
  1040.             dist = d_buf[dx++];
  1041.             /* Here, dist is the match distance - 1 */
  1042.             code = d_code(dist);
  1043.             Assert (code < D_CODES, "bad d_code");
  1044.  
  1045.             send_code(code, dtree);       /* send the distance code */
  1046.             extra = extra_dbits[code];
  1047.             if (extra != 0) {
  1048.                 dist -= base_dist[code];
  1049.                 send_bits(dist, extra);   /* send the extra distance bits */
  1050.             }
  1051.         } /* literal or match pair ? */
  1052.         flag >>= 1;
  1053.     } while (lx < last_lit);
  1054.  
  1055.     send_code(END_BLOCK, ltree);
  1056. }
  1057.  
  1058. /* ===========================================================================
  1059.  * Set the file type to ASCII or BINARY, using a crude approximation:
  1060.  * binary if more than 20% of the bytes are <= 6 or >= 128, ascii otherwise.
  1061.  * IN assertion: the fields freq of dyn_ltree are set and the total of all
  1062.  * frequencies does not exceed 64K (to fit in an int on 16 bit machines).
  1063.  */
  1064. local void set_file_type()
  1065. {
  1066.     int n = 0;
  1067.     unsigned ascii_freq = 0;
  1068.     unsigned bin_freq = 0;
  1069.     while (n < 7)        bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
  1070.     while (n < 128)    ascii_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
  1071.     while (n < LITERALS) bin_freq += dyn_ltree[n++].Freq;
  1072.     *file_type = bin_freq > (ascii_freq >> 2) ? BINARY : ASCII;
  1073.     if (*file_type == BINARY && translate_eol) {
  1074.         warn("-l used on binary file", "");
  1075.     }
  1076. }
  1077.