]> icculus.org git repositories - icculus/xz.git/blob - src/liblzma/lz/lz_encoder.h
44880d77269a38100ebcb4eb9eb6180b66ce7358
[icculus/xz.git] / src / liblzma / lz / lz_encoder.h
1 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 /// \file       lz_encoder.h
4 /// \brief      LZ in window and match finder API
5 //
6 //  Copyright (C) 1999-2008 Igor Pavlov
7 //  Copyright (C) 2008 Lasse Collin
8 //
9 //  This library is free software; you can redistribute it and/or
10 //  modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11 //  License as published by the Free Software Foundation; either
12 //  version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13 //
14 //  This library is distributed in the hope that it will be useful,
15 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17 //  Lesser General Public License for more details.
18 //
19 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
20
21 #ifndef LZMA_LZ_ENCODER_H
22 #define LZMA_LZ_ENCODER_H
23
24 #include "common.h"
25
26
27 /// A table of these is used by the LZ-based encoder to hold
28 /// the length-distance pairs found by the match finder.
29 typedef struct {
30         uint32_t len;
31         uint32_t dist;
32 } lzma_match;
33
34
35 typedef struct lzma_mf_s lzma_mf;
36 struct lzma_mf_s {
37         ///////////////
38         // In Window //
39         ///////////////
40
41         /// Pointer to buffer with data to be compressed
42         uint8_t *buffer;
43
44         /// Total size of the allocated buffer (that is, including all
45         /// the extra space)
46         uint32_t size;
47
48         /// Number of bytes that must be kept available in our input history.
49         /// That is, once keep_size_before bytes have been processed,
50         /// buffer[read_pos - keep_size_before] is the oldest byte that
51         /// must be available for reading.
52         uint32_t keep_size_before;
53
54         /// Number of bytes that must be kept in buffer after read_pos.
55         /// That is, read_pos <= write_pos - keep_size_after as long as
56         /// action is LZMA_RUN; when action != LZMA_RUN, read_pos is allowed
57         /// to reach write_pos so that the last bytes get encoded too.
58         uint32_t keep_size_after;
59
60         /// Match finders store locations of matches using 32-bit integers.
61         /// To avoid adjusting several megabytes of integers every time the
62         /// input window is moved with move_window, we only adjust the
63         /// offset of the buffer. Thus, buffer[value_in_hash_table - offset]
64         /// is the byte pointed by value_in_hash_table.
65         uint32_t offset;
66
67         /// buffer[read_pos] is the next byte to run through the match
68         /// finder. This is incremented in the match finder once the byte
69         /// has been processed.
70         uint32_t read_pos;
71
72         /// Number of bytes that have been ran through the match finder, but
73         /// which haven't been encoded by the LZ-based encoder yet.
74         uint32_t read_ahead;
75
76         /// As long as read_pos is less than read_limit, there is enough
77         /// input available in buffer for at least one encoding loop.
78         ///
79         /// Because of the stateful API, read_limit may and will get greater
80         /// than read_pos quite often. This is taken into account when
81         /// calculating the value for keep_size_after.
82         uint32_t read_limit;
83
84         /// buffer[write_pos] is the first byte that doesn't contain valid
85         /// uncompressed data; that is, the next input byte will be copied
86         /// to buffer[write_pos].
87         uint32_t write_pos;
88
89         /// Number of bytes not hashed before read_pos. This is needed to
90         /// restart the match finder after LZMA_SYNC_FLUSH.
91         uint32_t pending;
92
93         //////////////////
94         // Match Finder //
95         //////////////////
96
97         /// Find matches. Returns the number of distance-length pairs written
98         /// to the matches array. This is called only via lzma_mf_find().
99         uint32_t (*find)(lzma_mf *mf, lzma_match *matches);
100
101         /// Skips num bytes. This is like find() but doesn't make the
102         /// distance-length pairs available, thus being a little faster.
103         /// This is called only via mf_skip().
104         void (*skip)(lzma_mf *mf, uint32_t num);
105
106         uint32_t *hash;
107         uint32_t *son;
108         uint32_t cyclic_pos;
109         uint32_t cyclic_size; // Must be dictionary size + 1.
110         uint32_t hash_mask;
111
112         /// Maximum number of loops in the match finder
113         uint32_t depth;
114
115         /// Maximum length of a match that the match finder will try to find.
116         uint32_t nice_len;
117
118         /// Maximum length of a match supported by the LZ-based encoder.
119         /// If the longest match found by the match finder is nice_len,
120         /// mf_find() tries to expand it up to match_len_max bytes.
121         uint32_t match_len_max;
122
123         /// When running out of input, binary tree match finders need to know
124         /// if it is due to flushing or finishing. The action is used also
125         /// by the LZ-based encoders themselves.
126         lzma_action action;
127
128         /// Number of elements in hash[]
129         uint32_t hash_size_sum;
130
131         /// Number of elements in son[]
132         uint32_t sons_count;
133 };
134
135
136 typedef struct {
137         /// Extra amount of data to keep available before the "actual"
138         /// dictionary.
139         size_t before_size;
140
141         /// Size of the history buffer
142         size_t dict_size;
143
144         /// Extra amount of data to keep available after the "actual"
145         /// dictionary.
146         size_t after_size;
147
148         /// Maximum length of a match that the LZ-based encoder can accept.
149         /// This is used to extend matches of length nice_len to the
150         /// maximum possible length.
151         size_t match_len_max;
152
153         /// Match finder will search matches of at maximum of this length.
154         /// This must be less than or equal to match_len_max.
155         size_t nice_len;
156
157         /// Type of the match finder to use
158         lzma_match_finder match_finder;
159
160         /// Maximum search depth
161         uint32_t depth;
162
163         /// TODO: Comment
164         const uint8_t *preset_dict;
165
166         uint32_t preset_dict_size;
167
168 } lzma_lz_options;
169
170
171 // The total usable buffer space at any moment outside the match finder:
172 // before_size + dict_size + after_size + match_len_max
173 //
174 // In reality, there's some extra space allocated to prevent the number of
175 // memmove() calls reasonable. The bigger the dict_size is, the bigger
176 // this extra buffer will be since with bigger dictionaries memmove() would
177 // also take longer.
178 //
179 // A single encoder loop in the LZ-based encoder may call the match finder
180 // (mf_find() or mf_skip()) at maximum of after_size times.
181 // In other words, a single encoder loop may advance lzma_mf.read_pos at
182 // maximum of after_size times. Since matches are looked up to
183 // lzma_mf.buffer[lzma_mf.read_pos + match_len_max - 1], the total
184 // amount of extra buffer needed after dict_size becomes
185 // after_size + match_len_max.
186 //
187 // before_size has two uses. The first one is to keep literals available
188 // in cases when the LZ-based encoder has made some read ahead.
189 // TODO: Maybe this could be changed by making the LZ-based encoders to
190 // store the actual literals as they do with length-distance pairs.
191 //
192 // Alrogithms such as LZMA2 first try to compress a chunk, and then check
193 // if the encoded result is smaller than the uncompressed one. If the chunk
194 // was uncompressible, it is better to store it in uncompressed form in
195 // the output stream. To do this, the whole uncompressed chunk has to be
196 // still available in the history buffer. before_size achieves that.
197
198
199 typedef struct {
200         /// Data specific to the LZ-based encoder
201         lzma_coder *coder;
202
203         /// Function to encode from *dict to out[]
204         lzma_ret (*code)(lzma_coder *restrict coder,
205                         lzma_mf *restrict mf, uint8_t *restrict out,
206                         size_t *restrict out_pos, size_t out_size);
207
208         /// Free allocated resources
209         void (*end)(lzma_coder *coder, lzma_allocator *allocator);
210
211 } lzma_lz_encoder;
212
213
214 // Basic steps:
215 //  1. Input gets copied into the dictionary.
216 //  2. Data in dictionary gets run through the match finder byte by byte.
217 //  3. The literals and matches are encoded using e.g. LZMA.
218 //
219 // The bytes that have been ran through the match finder, but not encoded yet,
220 // are called `read ahead'.
221
222
223 /// Get pointer to the first byte not ran through the match finder
224 static inline const uint8_t *
225 mf_ptr(const lzma_mf *mf)
226 {
227         return mf->buffer + mf->read_pos;
228 }
229
230
231 /// Get the number of bytes that haven't been ran through the match finder yet.
232 static inline uint32_t
233 mf_avail(const lzma_mf *mf)
234 {
235         return mf->write_pos - mf->read_pos;
236 }
237
238
239 /// Get the number of bytes that haven't been encoded yet (some of these
240 /// bytes may have been ran through the match finder though).
241 static inline uint32_t
242 mf_unencoded(const lzma_mf *mf)
243 {
244         return mf->write_pos - mf->read_pos - mf->read_ahead;
245 }
246
247
248 /// Calculate the absolute offset from the beginning of the most recent
249 /// dictionary reset. Only the lowest four bits are important, so there's no
250 /// problem that we don't know the 64-bit size of the data encoded so far.
251 ///
252 /// NOTE: When moving the input window, we need to do it so that the lowest
253 /// bits of dict->read_pos are not modified to keep this macro working
254 /// as intended.
255 static inline uint32_t
256 mf_position(const lzma_mf *mf)
257 {
258         return mf->read_pos - mf->read_ahead;
259 }
260
261
262 /// Since everything else begins with mf_, use it also for lzma_mf_find().
263 #define mf_find lzma_mf_find
264
265
266 /// Skip the given number of bytes. This is used when a good match was found.
267 /// For example, if mf_find() finds a match of 200 bytes long, the first byte
268 /// of that match was already consumed by mf_find(), and the rest 199 bytes
269 /// have to be skipped with mf_skip(mf, 199).
270 static inline void
271 mf_skip(lzma_mf *mf, uint32_t amount)
272 {
273         if (amount != 0) {
274                 mf->skip(mf, amount);
275                 mf->read_ahead += amount;
276         }
277 }
278
279
280 /// Copies at maximum of *left amount of bytes from the history buffer
281 /// to out[]. This is needed by LZMA2 to encode uncompressed chunks.
282 static inline void
283 mf_read(lzma_mf *mf, uint8_t *out, size_t *out_pos, size_t out_size,
284                 size_t *left)
285 {
286         const size_t out_avail = out_size - *out_pos;
287         const size_t copy_size = MIN(out_avail, *left);
288
289         assert(mf->read_ahead == 0);
290         assert(mf->read_pos >= *left);
291
292         memcpy(out + *out_pos, mf->buffer + mf->read_pos - *left,
293                         copy_size);
294
295         *out_pos += copy_size;
296         *left -= copy_size;
297         return;
298 }
299
300
301 extern lzma_ret lzma_lz_encoder_init(
302                 lzma_next_coder *next, lzma_allocator *allocator,
303                 const lzma_filter_info *filters,
304                 lzma_ret (*lz_init)(lzma_lz_encoder *lz,
305                         lzma_allocator *allocator, const void *options,
306                         lzma_lz_options *lz_options));
307
308
309 extern uint64_t lzma_lz_encoder_memusage(const lzma_lz_options *lz_options);
310
311
312 // These are only for LZ encoder's internal use.
313 extern uint32_t lzma_mf_find(
314                 lzma_mf *mf, uint32_t *count, lzma_match *matches);
315
316 extern uint32_t lzma_mf_hc3_find(lzma_mf *dict, lzma_match *matches);
317 extern void lzma_mf_hc3_skip(lzma_mf *dict, uint32_t amount);
318
319 extern uint32_t lzma_mf_hc4_find(lzma_mf *dict, lzma_match *matches);
320 extern void lzma_mf_hc4_skip(lzma_mf *dict, uint32_t amount);
321
322 extern uint32_t lzma_mf_bt2_find(lzma_mf *dict, lzma_match *matches);
323 extern void lzma_mf_bt2_skip(lzma_mf *dict, uint32_t amount);
324
325 extern uint32_t lzma_mf_bt3_find(lzma_mf *dict, lzma_match *matches);
326 extern void lzma_mf_bt3_skip(lzma_mf *dict, uint32_t amount);
327
328 extern uint32_t lzma_mf_bt4_find(lzma_mf *dict, lzma_match *matches);
329 extern void lzma_mf_bt4_skip(lzma_mf *dict, uint32_t amount);
330
331 #endif