git subrepo pull (merge) --force deps/libchdr
[pcsx_rearmed.git] / deps / libchdr / deps / zstd-1.5.6 / lib / compress / huf_compress.c
1 /* ******************************************************************
2  * Huffman encoder, part of New Generation Entropy library
3  * Copyright (c) Meta Platforms, Inc. and affiliates.
4  *
5  *  You can contact the author at :
6  *  - FSE+HUF source repository : https://github.com/Cyan4973/FiniteStateEntropy
7  *  - Public forum : https://groups.google.com/forum/#!forum/lz4c
8  *
9  * This source code is licensed under both the BSD-style license (found in the
10  * LICENSE file in the root directory of this source tree) and the GPLv2 (found
11  * in the COPYING file in the root directory of this source tree).
12  * You may select, at your option, one of the above-listed licenses.
13 ****************************************************************** */
14
15 /* **************************************************************
16 *  Compiler specifics
17 ****************************************************************/
18 #ifdef _MSC_VER    /* Visual Studio */
19 #  pragma warning(disable : 4127)        /* disable: C4127: conditional expression is constant */
20 #endif
21
22
23 /* **************************************************************
24 *  Includes
25 ****************************************************************/
26 #include "../common/zstd_deps.h"     /* ZSTD_memcpy, ZSTD_memset */
27 #include "../common/compiler.h"
28 #include "../common/bitstream.h"
29 #include "hist.h"
30 #define FSE_STATIC_LINKING_ONLY   /* FSE_optimalTableLog_internal */
31 #include "../common/fse.h"        /* header compression */
32 #include "../common/huf.h"
33 #include "../common/error_private.h"
34 #include "../common/bits.h"       /* ZSTD_highbit32 */
35
36
37 /* **************************************************************
38 *  Error Management
39 ****************************************************************/
40 #define HUF_isError ERR_isError
41 #define HUF_STATIC_ASSERT(c) DEBUG_STATIC_ASSERT(c)   /* use only *after* variable declarations */
42
43
44 /* **************************************************************
45 *  Required declarations
46 ****************************************************************/
47 typedef struct nodeElt_s {
48     U32 count;
49     U16 parent;
50     BYTE byte;
51     BYTE nbBits;
52 } nodeElt;
53
54
55 /* **************************************************************
56 *  Debug Traces
57 ****************************************************************/
58
59 #if DEBUGLEVEL >= 2
60
61 static size_t showU32(const U32* arr, size_t size)
62 {
63     size_t u;
64     for (u=0; u<size; u++) {
65         RAWLOG(6, " %u", arr[u]); (void)arr;
66     }
67     RAWLOG(6, " \n");
68     return size;
69 }
70
71 static size_t HUF_getNbBits(HUF_CElt elt);
72
73 static size_t showCTableBits(const HUF_CElt* ctable, size_t size)
74 {
75     size_t u;
76     for (u=0; u<size; u++) {
77         RAWLOG(6, " %zu", HUF_getNbBits(ctable[u])); (void)ctable;
78     }
79     RAWLOG(6, " \n");
80     return size;
81
82 }
83
84 static size_t showHNodeSymbols(const nodeElt* hnode, size_t size)
85 {
86     size_t u;
87     for (u=0; u<size; u++) {
88         RAWLOG(6, " %u", hnode[u].byte); (void)hnode;
89     }
90     RAWLOG(6, " \n");
91     return size;
92 }
93
94 static size_t showHNodeBits(const nodeElt* hnode, size_t size)
95 {
96     size_t u;
97     for (u=0; u<size; u++) {
98         RAWLOG(6, " %u", hnode[u].nbBits); (void)hnode;
99     }
100     RAWLOG(6, " \n");
101     return size;
102 }
103
104 #endif
105
106
107 /* *******************************************************
108 *  HUF : Huffman block compression
109 *********************************************************/
110 #define HUF_WORKSPACE_MAX_ALIGNMENT 8
111
112 static void* HUF_alignUpWorkspace(void* workspace, size_t* workspaceSizePtr, size_t align)
113 {
114     size_t const mask = align - 1;
115     size_t const rem = (size_t)workspace & mask;
116     size_t const add = (align - rem) & mask;
117     BYTE* const aligned = (BYTE*)workspace + add;
118     assert((align & (align - 1)) == 0); /* pow 2 */
119     assert(align <= HUF_WORKSPACE_MAX_ALIGNMENT);
120     if (*workspaceSizePtr >= add) {
121         assert(add < align);
122         assert(((size_t)aligned & mask) == 0);
123         *workspaceSizePtr -= add;
124         return aligned;
125     } else {
126         *workspaceSizePtr = 0;
127         return NULL;
128     }
129 }
130
131
132 /* HUF_compressWeights() :
133  * Same as FSE_compress(), but dedicated to huff0's weights compression.
134  * The use case needs much less stack memory.
135  * Note : all elements within weightTable are supposed to be <= HUF_TABLELOG_MAX.
136  */
137 #define MAX_FSE_TABLELOG_FOR_HUFF_HEADER 6
138
139 typedef struct {
140     FSE_CTable CTable[FSE_CTABLE_SIZE_U32(MAX_FSE_TABLELOG_FOR_HUFF_HEADER, HUF_TABLELOG_MAX)];
141     U32 scratchBuffer[FSE_BUILD_CTABLE_WORKSPACE_SIZE_U32(HUF_TABLELOG_MAX, MAX_FSE_TABLELOG_FOR_HUFF_HEADER)];
142     unsigned count[HUF_TABLELOG_MAX+1];
143     S16 norm[HUF_TABLELOG_MAX+1];
144 } HUF_CompressWeightsWksp;
145
146 static size_t
147 HUF_compressWeights(void* dst, size_t dstSize,
148               const void* weightTable, size_t wtSize,
149                     void* workspace, size_t workspaceSize)
150 {
151     BYTE* const ostart = (BYTE*) dst;
152     BYTE* op = ostart;
153     BYTE* const oend = ostart + dstSize;
154
155     unsigned maxSymbolValue = HUF_TABLELOG_MAX;
156     U32 tableLog = MAX_FSE_TABLELOG_FOR_HUFF_HEADER;
157     HUF_CompressWeightsWksp* wksp = (HUF_CompressWeightsWksp*)HUF_alignUpWorkspace(workspace, &workspaceSize, ZSTD_ALIGNOF(U32));
158
159     if (workspaceSize < sizeof(HUF_CompressWeightsWksp)) return ERROR(GENERIC);
160
161     /* init conditions */
162     if (wtSize <= 1) return 0;  /* Not compressible */
163
164     /* Scan input and build symbol stats */
165     {   unsigned const maxCount = HIST_count_simple(wksp->count, &maxSymbolValue, weightTable, wtSize);   /* never fails */
166         if (maxCount == wtSize) return 1;   /* only a single symbol in src : rle */
167         if (maxCount == 1) return 0;        /* each symbol present maximum once => not compressible */
168     }
169
170     tableLog = FSE_optimalTableLog(tableLog, wtSize, maxSymbolValue);
171     CHECK_F( FSE_normalizeCount(wksp->norm, tableLog, wksp->count, wtSize, maxSymbolValue, /* useLowProbCount */ 0) );
172
173     /* Write table description header */
174     {   CHECK_V_F(hSize, FSE_writeNCount(op, (size_t)(oend-op), wksp->norm, maxSymbolValue, tableLog) );
175         op += hSize;
176     }
177
178     /* Compress */
179     CHECK_F( FSE_buildCTable_wksp(wksp->CTable, wksp->norm, maxSymbolValue, tableLog, wksp->scratchBuffer, sizeof(wksp->scratchBuffer)) );
180     {   CHECK_V_F(cSize, FSE_compress_usingCTable(op, (size_t)(oend - op), weightTable, wtSize, wksp->CTable) );
181         if (cSize == 0) return 0;   /* not enough space for compressed data */
182         op += cSize;
183     }
184
185     return (size_t)(op-ostart);
186 }
187
188 static size_t HUF_getNbBits(HUF_CElt elt)
189 {
190     return elt & 0xFF;
191 }
192
193 static size_t HUF_getNbBitsFast(HUF_CElt elt)
194 {
195     return elt;
196 }
197
198 static size_t HUF_getValue(HUF_CElt elt)
199 {
200     return elt & ~(size_t)0xFF;
201 }
202
203 static size_t HUF_getValueFast(HUF_CElt elt)
204 {
205     return elt;
206 }
207
208 static void HUF_setNbBits(HUF_CElt* elt, size_t nbBits)
209 {
210     assert(nbBits <= HUF_TABLELOG_ABSOLUTEMAX);
211     *elt = nbBits;
212 }
213
214 static void HUF_setValue(HUF_CElt* elt, size_t value)
215 {
216     size_t const nbBits = HUF_getNbBits(*elt);
217     if (nbBits > 0) {
218         assert((value >> nbBits) == 0);
219         *elt |= value << (sizeof(HUF_CElt) * 8 - nbBits);
220     }
221 }
222
223 HUF_CTableHeader HUF_readCTableHeader(HUF_CElt const* ctable)
224 {
225     HUF_CTableHeader header;
226     ZSTD_memcpy(&header, ctable, sizeof(header));
227     return header;
228 }
229
230 static void HUF_writeCTableHeader(HUF_CElt* ctable, U32 tableLog, U32 maxSymbolValue)
231 {
232     HUF_CTableHeader header;
233     HUF_STATIC_ASSERT(sizeof(ctable[0]) == sizeof(header));
234     ZSTD_memset(&header, 0, sizeof(header));
235     assert(tableLog < 256);
236     header.tableLog = (BYTE)tableLog;
237     assert(maxSymbolValue < 256);
238     header.maxSymbolValue = (BYTE)maxSymbolValue;
239     ZSTD_memcpy(ctable, &header, sizeof(header));
240 }
241
242 typedef struct {
243     HUF_CompressWeightsWksp wksp;
244     BYTE bitsToWeight[HUF_TABLELOG_MAX + 1];   /* precomputed conversion table */
245     BYTE huffWeight[HUF_SYMBOLVALUE_MAX];
246 } HUF_WriteCTableWksp;
247
248 size_t HUF_writeCTable_wksp(void* dst, size_t maxDstSize,
249                             const HUF_CElt* CTable, unsigned maxSymbolValue, unsigned huffLog,
250                             void* workspace, size_t workspaceSize)
251 {
252     HUF_CElt const* const ct = CTable + 1;
253     BYTE* op = (BYTE*)dst;
254     U32 n;
255     HUF_WriteCTableWksp* wksp = (HUF_WriteCTableWksp*)HUF_alignUpWorkspace(workspace, &workspaceSize, ZSTD_ALIGNOF(U32));
256
257     HUF_STATIC_ASSERT(HUF_CTABLE_WORKSPACE_SIZE >= sizeof(HUF_WriteCTableWksp));
258
259     assert(HUF_readCTableHeader(CTable).maxSymbolValue == maxSymbolValue);
260     assert(HUF_readCTableHeader(CTable).tableLog == huffLog);
261
262     /* check conditions */
263     if (workspaceSize < sizeof(HUF_WriteCTableWksp)) return ERROR(GENERIC);
264     if (maxSymbolValue > HUF_SYMBOLVALUE_MAX) return ERROR(maxSymbolValue_tooLarge);
265
266     /* convert to weight */
267     wksp->bitsToWeight[0] = 0;
268     for (n=1; n<huffLog+1; n++)
269         wksp->bitsToWeight[n] = (BYTE)(huffLog + 1 - n);
270     for (n=0; n<maxSymbolValue; n++)
271         wksp->huffWeight[n] = wksp->bitsToWeight[HUF_getNbBits(ct[n])];
272
273     /* attempt weights compression by FSE */
274     if (maxDstSize < 1) return ERROR(dstSize_tooSmall);
275     {   CHECK_V_F(hSize, HUF_compressWeights(op+1, maxDstSize-1, wksp->huffWeight, maxSymbolValue, &wksp->wksp, sizeof(wksp->wksp)) );
276         if ((hSize>1) & (hSize < maxSymbolValue/2)) {   /* FSE compressed */
277             op[0] = (BYTE)hSize;
278             return hSize+1;
279     }   }
280
281     /* write raw values as 4-bits (max : 15) */
282     if (maxSymbolValue > (256-128)) return ERROR(GENERIC);   /* should not happen : likely means source cannot be compressed */
283     if (((maxSymbolValue+1)/2) + 1 > maxDstSize) return ERROR(dstSize_tooSmall);   /* not enough space within dst buffer */
284     op[0] = (BYTE)(128 /*special case*/ + (maxSymbolValue-1));
285     wksp->huffWeight[maxSymbolValue] = 0;   /* to be sure it doesn't cause msan issue in final combination */
286     for (n=0; n<maxSymbolValue; n+=2)
287         op[(n/2)+1] = (BYTE)((wksp->huffWeight[n] << 4) + wksp->huffWeight[n+1]);
288     return ((maxSymbolValue+1)/2) + 1;
289 }
290
291
292 size_t HUF_readCTable (HUF_CElt* CTable, unsigned* maxSymbolValuePtr, const void* src, size_t srcSize, unsigned* hasZeroWeights)
293 {
294     BYTE huffWeight[HUF_SYMBOLVALUE_MAX + 1];   /* init not required, even though some static analyzer may complain */
295     U32 rankVal[HUF_TABLELOG_ABSOLUTEMAX + 1];   /* large enough for values from 0 to 16 */
296     U32 tableLog = 0;
297     U32 nbSymbols = 0;
298     HUF_CElt* const ct = CTable + 1;
299
300     /* get symbol weights */
301     CHECK_V_F(readSize, HUF_readStats(huffWeight, HUF_SYMBOLVALUE_MAX+1, rankVal, &nbSymbols, &tableLog, src, srcSize));
302     *hasZeroWeights = (rankVal[0] > 0);
303
304     /* check result */
305     if (tableLog > HUF_TABLELOG_MAX) return ERROR(tableLog_tooLarge);
306     if (nbSymbols > *maxSymbolValuePtr+1) return ERROR(maxSymbolValue_tooSmall);
307
308     *maxSymbolValuePtr = nbSymbols - 1;
309
310     HUF_writeCTableHeader(CTable, tableLog, *maxSymbolValuePtr);
311
312     /* Prepare base value per rank */
313     {   U32 n, nextRankStart = 0;
314         for (n=1; n<=tableLog; n++) {
315             U32 curr = nextRankStart;
316             nextRankStart += (rankVal[n] << (n-1));
317             rankVal[n] = curr;
318     }   }
319
320     /* fill nbBits */
321     {   U32 n; for (n=0; n<nbSymbols; n++) {
322             const U32 w = huffWeight[n];
323             HUF_setNbBits(ct + n, (BYTE)(tableLog + 1 - w) & -(w != 0));
324     }   }
325
326     /* fill val */
327     {   U16 nbPerRank[HUF_TABLELOG_MAX+2]  = {0};  /* support w=0=>n=tableLog+1 */
328         U16 valPerRank[HUF_TABLELOG_MAX+2] = {0};
329         { U32 n; for (n=0; n<nbSymbols; n++) nbPerRank[HUF_getNbBits(ct[n])]++; }
330         /* determine stating value per rank */
331         valPerRank[tableLog+1] = 0;   /* for w==0 */
332         {   U16 min = 0;
333             U32 n; for (n=tableLog; n>0; n--) {  /* start at n=tablelog <-> w=1 */
334                 valPerRank[n] = min;     /* get starting value within each rank */
335                 min += nbPerRank[n];
336                 min >>= 1;
337         }   }
338         /* assign value within rank, symbol order */
339         { U32 n; for (n=0; n<nbSymbols; n++) HUF_setValue(ct + n, valPerRank[HUF_getNbBits(ct[n])]++); }
340     }
341
342     return readSize;
343 }
344
345 U32 HUF_getNbBitsFromCTable(HUF_CElt const* CTable, U32 symbolValue)
346 {
347     const HUF_CElt* const ct = CTable + 1;
348     assert(symbolValue <= HUF_SYMBOLVALUE_MAX);
349     if (symbolValue > HUF_readCTableHeader(CTable).maxSymbolValue)
350         return 0;
351     return (U32)HUF_getNbBits(ct[symbolValue]);
352 }
353
354
355 /**
356  * HUF_setMaxHeight():
357  * Try to enforce @targetNbBits on the Huffman tree described in @huffNode.
358  *
359  * It attempts to convert all nodes with nbBits > @targetNbBits
360  * to employ @targetNbBits instead. Then it adjusts the tree
361  * so that it remains a valid canonical Huffman tree.
362  *
363  * @pre               The sum of the ranks of each symbol == 2^largestBits,
364  *                    where largestBits == huffNode[lastNonNull].nbBits.
365  * @post              The sum of the ranks of each symbol == 2^largestBits,
366  *                    where largestBits is the return value (expected <= targetNbBits).
367  *
368  * @param huffNode    The Huffman tree modified in place to enforce targetNbBits.
369  *                    It's presumed sorted, from most frequent to rarest symbol.
370  * @param lastNonNull The symbol with the lowest count in the Huffman tree.
371  * @param targetNbBits  The allowed number of bits, which the Huffman tree
372  *                    may not respect. After this function the Huffman tree will
373  *                    respect targetNbBits.
374  * @return            The maximum number of bits of the Huffman tree after adjustment.
375  */
376 static U32 HUF_setMaxHeight(nodeElt* huffNode, U32 lastNonNull, U32 targetNbBits)
377 {
378     const U32 largestBits = huffNode[lastNonNull].nbBits;
379     /* early exit : no elt > targetNbBits, so the tree is already valid. */
380     if (largestBits <= targetNbBits) return largestBits;
381
382     DEBUGLOG(5, "HUF_setMaxHeight (targetNbBits = %u)", targetNbBits);
383
384     /* there are several too large elements (at least >= 2) */
385     {   int totalCost = 0;
386         const U32 baseCost = 1 << (largestBits - targetNbBits);
387         int n = (int)lastNonNull;
388
389         /* Adjust any ranks > targetNbBits to targetNbBits.
390          * Compute totalCost, which is how far the sum of the ranks is
391          * we are over 2^largestBits after adjust the offending ranks.
392          */
393         while (huffNode[n].nbBits > targetNbBits) {
394             totalCost += baseCost - (1 << (largestBits - huffNode[n].nbBits));
395             huffNode[n].nbBits = (BYTE)targetNbBits;
396             n--;
397         }
398         /* n stops at huffNode[n].nbBits <= targetNbBits */
399         assert(huffNode[n].nbBits <= targetNbBits);
400         /* n end at index of smallest symbol using < targetNbBits */
401         while (huffNode[n].nbBits == targetNbBits) --n;
402
403         /* renorm totalCost from 2^largestBits to 2^targetNbBits
404          * note : totalCost is necessarily a multiple of baseCost */
405         assert(((U32)totalCost & (baseCost - 1)) == 0);
406         totalCost >>= (largestBits - targetNbBits);
407         assert(totalCost > 0);
408
409         /* repay normalized cost */
410         {   U32 const noSymbol = 0xF0F0F0F0;
411             U32 rankLast[HUF_TABLELOG_MAX+2];
412
413             /* Get pos of last (smallest = lowest cum. count) symbol per rank */
414             ZSTD_memset(rankLast, 0xF0, sizeof(rankLast));
415             {   U32 currentNbBits = targetNbBits;
416                 int pos;
417                 for (pos=n ; pos >= 0; pos--) {
418                     if (huffNode[pos].nbBits >= currentNbBits) continue;
419                     currentNbBits = huffNode[pos].nbBits;   /* < targetNbBits */
420                     rankLast[targetNbBits-currentNbBits] = (U32)pos;
421             }   }
422
423             while (totalCost > 0) {
424                 /* Try to reduce the next power of 2 above totalCost because we
425                  * gain back half the rank.
426                  */
427                 U32 nBitsToDecrease = ZSTD_highbit32((U32)totalCost) + 1;
428                 for ( ; nBitsToDecrease > 1; nBitsToDecrease--) {
429                     U32 const highPos = rankLast[nBitsToDecrease];
430                     U32 const lowPos = rankLast[nBitsToDecrease-1];
431                     if (highPos == noSymbol) continue;
432                     /* Decrease highPos if no symbols of lowPos or if it is
433                      * not cheaper to remove 2 lowPos than highPos.
434                      */
435                     if (lowPos == noSymbol) break;
436                     {   U32 const highTotal = huffNode[highPos].count;
437                         U32 const lowTotal = 2 * huffNode[lowPos].count;
438                         if (highTotal <= lowTotal) break;
439                 }   }
440                 /* only triggered when no more rank 1 symbol left => find closest one (note : there is necessarily at least one !) */
441                 assert(rankLast[nBitsToDecrease] != noSymbol || nBitsToDecrease == 1);
442                 /* HUF_MAX_TABLELOG test just to please gcc 5+; but it should not be necessary */
443                 while ((nBitsToDecrease<=HUF_TABLELOG_MAX) && (rankLast[nBitsToDecrease] == noSymbol))
444                     nBitsToDecrease++;
445                 assert(rankLast[nBitsToDecrease] != noSymbol);
446                 /* Increase the number of bits to gain back half the rank cost. */
447                 totalCost -= 1 << (nBitsToDecrease-1);
448                 huffNode[rankLast[nBitsToDecrease]].nbBits++;
449
450                 /* Fix up the new rank.
451                  * If the new rank was empty, this symbol is now its smallest.
452                  * Otherwise, this symbol will be the largest in the new rank so no adjustment.
453                  */
454                 if (rankLast[nBitsToDecrease-1] == noSymbol)
455                     rankLast[nBitsToDecrease-1] = rankLast[nBitsToDecrease];
456                 /* Fix up the old rank.
457                  * If the symbol was at position 0, meaning it was the highest weight symbol in the tree,
458                  * it must be the only symbol in its rank, so the old rank now has no symbols.
459                  * Otherwise, since the Huffman nodes are sorted by count, the previous position is now
460                  * the smallest node in the rank. If the previous position belongs to a different rank,
461                  * then the rank is now empty.
462                  */
463                 if (rankLast[nBitsToDecrease] == 0)    /* special case, reached largest symbol */
464                     rankLast[nBitsToDecrease] = noSymbol;
465                 else {
466                     rankLast[nBitsToDecrease]--;
467                     if (huffNode[rankLast[nBitsToDecrease]].nbBits != targetNbBits-nBitsToDecrease)
468                         rankLast[nBitsToDecrease] = noSymbol;   /* this rank is now empty */
469                 }
470             }   /* while (totalCost > 0) */
471
472             /* If we've removed too much weight, then we have to add it back.
473              * To avoid overshooting again, we only adjust the smallest rank.
474              * We take the largest nodes from the lowest rank 0 and move them
475              * to rank 1. There's guaranteed to be enough rank 0 symbols because
476              * TODO.
477              */
478             while (totalCost < 0) {  /* Sometimes, cost correction overshoot */
479                 /* special case : no rank 1 symbol (using targetNbBits-1);
480                  * let's create one from largest rank 0 (using targetNbBits).
481                  */
482                 if (rankLast[1] == noSymbol) {
483                     while (huffNode[n].nbBits == targetNbBits) n--;
484                     huffNode[n+1].nbBits--;
485                     assert(n >= 0);
486                     rankLast[1] = (U32)(n+1);
487                     totalCost++;
488                     continue;
489                 }
490                 huffNode[ rankLast[1] + 1 ].nbBits--;
491                 rankLast[1]++;
492                 totalCost ++;
493             }
494         }   /* repay normalized cost */
495     }   /* there are several too large elements (at least >= 2) */
496
497     return targetNbBits;
498 }
499
500 typedef struct {
501     U16 base;
502     U16 curr;
503 } rankPos;
504
505 typedef nodeElt huffNodeTable[2 * (HUF_SYMBOLVALUE_MAX + 1)];
506
507 /* Number of buckets available for HUF_sort() */
508 #define RANK_POSITION_TABLE_SIZE 192
509
510 typedef struct {
511   huffNodeTable huffNodeTbl;
512   rankPos rankPosition[RANK_POSITION_TABLE_SIZE];
513 } HUF_buildCTable_wksp_tables;
514
515 /* RANK_POSITION_DISTINCT_COUNT_CUTOFF == Cutoff point in HUF_sort() buckets for which we use log2 bucketing.
516  * Strategy is to use as many buckets as possible for representing distinct
517  * counts while using the remainder to represent all "large" counts.
518  *
519  * To satisfy this requirement for 192 buckets, we can do the following:
520  * Let buckets 0-166 represent distinct counts of [0, 166]
521  * Let buckets 166 to 192 represent all remaining counts up to RANK_POSITION_MAX_COUNT_LOG using log2 bucketing.
522  */
523 #define RANK_POSITION_MAX_COUNT_LOG 32
524 #define RANK_POSITION_LOG_BUCKETS_BEGIN ((RANK_POSITION_TABLE_SIZE - 1) - RANK_POSITION_MAX_COUNT_LOG - 1 /* == 158 */)
525 #define RANK_POSITION_DISTINCT_COUNT_CUTOFF (RANK_POSITION_LOG_BUCKETS_BEGIN + ZSTD_highbit32(RANK_POSITION_LOG_BUCKETS_BEGIN) /* == 166 */)
526
527 /* Return the appropriate bucket index for a given count. See definition of
528  * RANK_POSITION_DISTINCT_COUNT_CUTOFF for explanation of bucketing strategy.
529  */
530 static U32 HUF_getIndex(U32 const count) {
531     return (count < RANK_POSITION_DISTINCT_COUNT_CUTOFF)
532         ? count
533         : ZSTD_highbit32(count) + RANK_POSITION_LOG_BUCKETS_BEGIN;
534 }
535
536 /* Helper swap function for HUF_quickSortPartition() */
537 static void HUF_swapNodes(nodeElt* a, nodeElt* b) {
538         nodeElt tmp = *a;
539         *a = *b;
540         *b = tmp;
541 }
542
543 /* Returns 0 if the huffNode array is not sorted by descending count */
544 MEM_STATIC int HUF_isSorted(nodeElt huffNode[], U32 const maxSymbolValue1) {
545     U32 i;
546     for (i = 1; i < maxSymbolValue1; ++i) {
547         if (huffNode[i].count > huffNode[i-1].count) {
548             return 0;
549         }
550     }
551     return 1;
552 }
553
554 /* Insertion sort by descending order */
555 HINT_INLINE void HUF_insertionSort(nodeElt huffNode[], int const low, int const high) {
556     int i;
557     int const size = high-low+1;
558     huffNode += low;
559     for (i = 1; i < size; ++i) {
560         nodeElt const key = huffNode[i];
561         int j = i - 1;
562         while (j >= 0 && huffNode[j].count < key.count) {
563             huffNode[j + 1] = huffNode[j];
564             j--;
565         }
566         huffNode[j + 1] = key;
567     }
568 }
569
570 /* Pivot helper function for quicksort. */
571 static int HUF_quickSortPartition(nodeElt arr[], int const low, int const high) {
572     /* Simply select rightmost element as pivot. "Better" selectors like
573      * median-of-three don't experimentally appear to have any benefit.
574      */
575     U32 const pivot = arr[high].count;
576     int i = low - 1;
577     int j = low;
578     for ( ; j < high; j++) {
579         if (arr[j].count > pivot) {
580             i++;
581             HUF_swapNodes(&arr[i], &arr[j]);
582         }
583     }
584     HUF_swapNodes(&arr[i + 1], &arr[high]);
585     return i + 1;
586 }
587
588 /* Classic quicksort by descending with partially iterative calls
589  * to reduce worst case callstack size.
590  */
591 static void HUF_simpleQuickSort(nodeElt arr[], int low, int high) {
592     int const kInsertionSortThreshold = 8;
593     if (high - low < kInsertionSortThreshold) {
594         HUF_insertionSort(arr, low, high);
595         return;
596     }
597     while (low < high) {
598         int const idx = HUF_quickSortPartition(arr, low, high);
599         if (idx - low < high - idx) {
600             HUF_simpleQuickSort(arr, low, idx - 1);
601             low = idx + 1;
602         } else {
603             HUF_simpleQuickSort(arr, idx + 1, high);
604             high = idx - 1;
605         }
606     }
607 }
608
609 /**
610  * HUF_sort():
611  * Sorts the symbols [0, maxSymbolValue] by count[symbol] in decreasing order.
612  * This is a typical bucket sorting strategy that uses either quicksort or insertion sort to sort each bucket.
613  *
614  * @param[out] huffNode       Sorted symbols by decreasing count. Only members `.count` and `.byte` are filled.
615  *                            Must have (maxSymbolValue + 1) entries.
616  * @param[in]  count          Histogram of the symbols.
617  * @param[in]  maxSymbolValue Maximum symbol value.
618  * @param      rankPosition   This is a scratch workspace. Must have RANK_POSITION_TABLE_SIZE entries.
619  */
620 static void HUF_sort(nodeElt huffNode[], const unsigned count[], U32 const maxSymbolValue, rankPos rankPosition[]) {
621     U32 n;
622     U32 const maxSymbolValue1 = maxSymbolValue+1;
623
624     /* Compute base and set curr to base.
625      * For symbol s let lowerRank = HUF_getIndex(count[n]) and rank = lowerRank + 1.
626      * See HUF_getIndex to see bucketing strategy.
627      * We attribute each symbol to lowerRank's base value, because we want to know where
628      * each rank begins in the output, so for rank R we want to count ranks R+1 and above.
629      */
630     ZSTD_memset(rankPosition, 0, sizeof(*rankPosition) * RANK_POSITION_TABLE_SIZE);
631     for (n = 0; n < maxSymbolValue1; ++n) {
632         U32 lowerRank = HUF_getIndex(count[n]);
633         assert(lowerRank < RANK_POSITION_TABLE_SIZE - 1);
634         rankPosition[lowerRank].base++;
635     }
636
637     assert(rankPosition[RANK_POSITION_TABLE_SIZE - 1].base == 0);
638     /* Set up the rankPosition table */
639     for (n = RANK_POSITION_TABLE_SIZE - 1; n > 0; --n) {
640         rankPosition[n-1].base += rankPosition[n].base;
641         rankPosition[n-1].curr = rankPosition[n-1].base;
642     }
643
644     /* Insert each symbol into their appropriate bucket, setting up rankPosition table. */
645     for (n = 0; n < maxSymbolValue1; ++n) {
646         U32 const c = count[n];
647         U32 const r = HUF_getIndex(c) + 1;
648         U32 const pos = rankPosition[r].curr++;
649         assert(pos < maxSymbolValue1);
650         huffNode[pos].count = c;
651         huffNode[pos].byte  = (BYTE)n;
652     }
653
654     /* Sort each bucket. */
655     for (n = RANK_POSITION_DISTINCT_COUNT_CUTOFF; n < RANK_POSITION_TABLE_SIZE - 1; ++n) {
656         int const bucketSize = rankPosition[n].curr - rankPosition[n].base;
657         U32 const bucketStartIdx = rankPosition[n].base;
658         if (bucketSize > 1) {
659             assert(bucketStartIdx < maxSymbolValue1);
660             HUF_simpleQuickSort(huffNode + bucketStartIdx, 0, bucketSize-1);
661         }
662     }
663
664     assert(HUF_isSorted(huffNode, maxSymbolValue1));
665 }
666
667
668 /** HUF_buildCTable_wksp() :
669  *  Same as HUF_buildCTable(), but using externally allocated scratch buffer.
670  *  `workSpace` must be aligned on 4-bytes boundaries, and be at least as large as sizeof(HUF_buildCTable_wksp_tables).
671  */
672 #define STARTNODE (HUF_SYMBOLVALUE_MAX+1)
673
674 /* HUF_buildTree():
675  * Takes the huffNode array sorted by HUF_sort() and builds an unlimited-depth Huffman tree.
676  *
677  * @param huffNode        The array sorted by HUF_sort(). Builds the Huffman tree in this array.
678  * @param maxSymbolValue  The maximum symbol value.
679  * @return                The smallest node in the Huffman tree (by count).
680  */
681 static int HUF_buildTree(nodeElt* huffNode, U32 maxSymbolValue)
682 {
683     nodeElt* const huffNode0 = huffNode - 1;
684     int nonNullRank;
685     int lowS, lowN;
686     int nodeNb = STARTNODE;
687     int n, nodeRoot;
688     DEBUGLOG(5, "HUF_buildTree (alphabet size = %u)", maxSymbolValue + 1);
689     /* init for parents */
690     nonNullRank = (int)maxSymbolValue;
691     while(huffNode[nonNullRank].count == 0) nonNullRank--;
692     lowS = nonNullRank; nodeRoot = nodeNb + lowS - 1; lowN = nodeNb;
693     huffNode[nodeNb].count = huffNode[lowS].count + huffNode[lowS-1].count;
694     huffNode[lowS].parent = huffNode[lowS-1].parent = (U16)nodeNb;
695     nodeNb++; lowS-=2;
696     for (n=nodeNb; n<=nodeRoot; n++) huffNode[n].count = (U32)(1U<<30);
697     huffNode0[0].count = (U32)(1U<<31);  /* fake entry, strong barrier */
698
699     /* create parents */
700     while (nodeNb <= nodeRoot) {
701         int const n1 = (huffNode[lowS].count < huffNode[lowN].count) ? lowS-- : lowN++;
702         int const n2 = (huffNode[lowS].count < huffNode[lowN].count) ? lowS-- : lowN++;
703         huffNode[nodeNb].count = huffNode[n1].count + huffNode[n2].count;
704         huffNode[n1].parent = huffNode[n2].parent = (U16)nodeNb;
705         nodeNb++;
706     }
707
708     /* distribute weights (unlimited tree height) */
709     huffNode[nodeRoot].nbBits = 0;
710     for (n=nodeRoot-1; n>=STARTNODE; n--)
711         huffNode[n].nbBits = huffNode[ huffNode[n].parent ].nbBits + 1;
712     for (n=0; n<=nonNullRank; n++)
713         huffNode[n].nbBits = huffNode[ huffNode[n].parent ].nbBits + 1;
714
715     DEBUGLOG(6, "Initial distribution of bits completed (%zu sorted symbols)", showHNodeBits(huffNode, maxSymbolValue+1));
716
717     return nonNullRank;
718 }
719
720 /**
721  * HUF_buildCTableFromTree():
722  * Build the CTable given the Huffman tree in huffNode.
723  *
724  * @param[out] CTable         The output Huffman CTable.
725  * @param      huffNode       The Huffman tree.
726  * @param      nonNullRank    The last and smallest node in the Huffman tree.
727  * @param      maxSymbolValue The maximum symbol value.
728  * @param      maxNbBits      The exact maximum number of bits used in the Huffman tree.
729  */
730 static void HUF_buildCTableFromTree(HUF_CElt* CTable, nodeElt const* huffNode, int nonNullRank, U32 maxSymbolValue, U32 maxNbBits)
731 {
732     HUF_CElt* const ct = CTable + 1;
733     /* fill result into ctable (val, nbBits) */
734     int n;
735     U16 nbPerRank[HUF_TABLELOG_MAX+1] = {0};
736     U16 valPerRank[HUF_TABLELOG_MAX+1] = {0};
737     int const alphabetSize = (int)(maxSymbolValue + 1);
738     for (n=0; n<=nonNullRank; n++)
739         nbPerRank[huffNode[n].nbBits]++;
740     /* determine starting value per rank */
741     {   U16 min = 0;
742         for (n=(int)maxNbBits; n>0; n--) {
743             valPerRank[n] = min;      /* get starting value within each rank */
744             min += nbPerRank[n];
745             min >>= 1;
746     }   }
747     for (n=0; n<alphabetSize; n++)
748         HUF_setNbBits(ct + huffNode[n].byte, huffNode[n].nbBits);   /* push nbBits per symbol, symbol order */
749     for (n=0; n<alphabetSize; n++)
750         HUF_setValue(ct + n, valPerRank[HUF_getNbBits(ct[n])]++);   /* assign value within rank, symbol order */
751
752     HUF_writeCTableHeader(CTable, maxNbBits, maxSymbolValue);
753 }
754
755 size_t
756 HUF_buildCTable_wksp(HUF_CElt* CTable, const unsigned* count, U32 maxSymbolValue, U32 maxNbBits,
757                      void* workSpace, size_t wkspSize)
758 {
759     HUF_buildCTable_wksp_tables* const wksp_tables =
760         (HUF_buildCTable_wksp_tables*)HUF_alignUpWorkspace(workSpace, &wkspSize, ZSTD_ALIGNOF(U32));
761     nodeElt* const huffNode0 = wksp_tables->huffNodeTbl;
762     nodeElt* const huffNode = huffNode0+1;
763     int nonNullRank;
764
765     HUF_STATIC_ASSERT(HUF_CTABLE_WORKSPACE_SIZE == sizeof(HUF_buildCTable_wksp_tables));
766
767     DEBUGLOG(5, "HUF_buildCTable_wksp (alphabet size = %u)", maxSymbolValue+1);
768
769     /* safety checks */
770     if (wkspSize < sizeof(HUF_buildCTable_wksp_tables))
771         return ERROR(workSpace_tooSmall);
772     if (maxNbBits == 0) maxNbBits = HUF_TABLELOG_DEFAULT;
773     if (maxSymbolValue > HUF_SYMBOLVALUE_MAX)
774         return ERROR(maxSymbolValue_tooLarge);
775     ZSTD_memset(huffNode0, 0, sizeof(huffNodeTable));
776
777     /* sort, decreasing order */
778     HUF_sort(huffNode, count, maxSymbolValue, wksp_tables->rankPosition);
779     DEBUGLOG(6, "sorted symbols completed (%zu symbols)", showHNodeSymbols(huffNode, maxSymbolValue+1));
780
781     /* build tree */
782     nonNullRank = HUF_buildTree(huffNode, maxSymbolValue);
783
784     /* determine and enforce maxTableLog */
785     maxNbBits = HUF_setMaxHeight(huffNode, (U32)nonNullRank, maxNbBits);
786     if (maxNbBits > HUF_TABLELOG_MAX) return ERROR(GENERIC);   /* check fit into table */
787
788     HUF_buildCTableFromTree(CTable, huffNode, nonNullRank, maxSymbolValue, maxNbBits);
789
790     return maxNbBits;
791 }
792
793 size_t HUF_estimateCompressedSize(const HUF_CElt* CTable, const unsigned* count, unsigned maxSymbolValue)
794 {
795     HUF_CElt const* ct = CTable + 1;
796     size_t nbBits = 0;
797     int s;
798     for (s = 0; s <= (int)maxSymbolValue; ++s) {
799         nbBits += HUF_getNbBits(ct[s]) * count[s];
800     }
801     return nbBits >> 3;
802 }
803
804 int HUF_validateCTable(const HUF_CElt* CTable, const unsigned* count, unsigned maxSymbolValue) {
805     HUF_CTableHeader header = HUF_readCTableHeader(CTable);
806     HUF_CElt const* ct = CTable + 1;
807     int bad = 0;
808     int s;
809
810     assert(header.tableLog <= HUF_TABLELOG_ABSOLUTEMAX);
811
812     if (header.maxSymbolValue < maxSymbolValue)
813         return 0;
814
815     for (s = 0; s <= (int)maxSymbolValue; ++s) {
816         bad |= (count[s] != 0) & (HUF_getNbBits(ct[s]) == 0);
817     }
818     return !bad;
819 }
820
821 size_t HUF_compressBound(size_t size) { return HUF_COMPRESSBOUND(size); }
822
823 /** HUF_CStream_t:
824  * Huffman uses its own BIT_CStream_t implementation.
825  * There are three major differences from BIT_CStream_t:
826  *   1. HUF_addBits() takes a HUF_CElt (size_t) which is
827  *      the pair (nbBits, value) in the format:
828  *      format:
829  *        - Bits [0, 4)            = nbBits
830  *        - Bits [4, 64 - nbBits)  = 0
831  *        - Bits [64 - nbBits, 64) = value
832  *   2. The bitContainer is built from the upper bits and
833  *      right shifted. E.g. to add a new value of N bits
834  *      you right shift the bitContainer by N, then or in
835  *      the new value into the N upper bits.
836  *   3. The bitstream has two bit containers. You can add
837  *      bits to the second container and merge them into
838  *      the first container.
839  */
840
841 #define HUF_BITS_IN_CONTAINER (sizeof(size_t) * 8)
842
843 typedef struct {
844     size_t bitContainer[2];
845     size_t bitPos[2];
846
847     BYTE* startPtr;
848     BYTE* ptr;
849     BYTE* endPtr;
850 } HUF_CStream_t;
851
852 /**! HUF_initCStream():
853  * Initializes the bitstream.
854  * @returns 0 or an error code.
855  */
856 static size_t HUF_initCStream(HUF_CStream_t* bitC,
857                                   void* startPtr, size_t dstCapacity)
858 {
859     ZSTD_memset(bitC, 0, sizeof(*bitC));
860     bitC->startPtr = (BYTE*)startPtr;
861     bitC->ptr = bitC->startPtr;
862     bitC->endPtr = bitC->startPtr + dstCapacity - sizeof(bitC->bitContainer[0]);
863     if (dstCapacity <= sizeof(bitC->bitContainer[0])) return ERROR(dstSize_tooSmall);
864     return 0;
865 }
866
867 /*! HUF_addBits():
868  * Adds the symbol stored in HUF_CElt elt to the bitstream.
869  *
870  * @param elt   The element we're adding. This is a (nbBits, value) pair.
871  *              See the HUF_CStream_t docs for the format.
872  * @param idx   Insert into the bitstream at this idx.
873  * @param kFast This is a template parameter. If the bitstream is guaranteed
874  *              to have at least 4 unused bits after this call it may be 1,
875  *              otherwise it must be 0. HUF_addBits() is faster when fast is set.
876  */
877 FORCE_INLINE_TEMPLATE void HUF_addBits(HUF_CStream_t* bitC, HUF_CElt elt, int idx, int kFast)
878 {
879     assert(idx <= 1);
880     assert(HUF_getNbBits(elt) <= HUF_TABLELOG_ABSOLUTEMAX);
881     /* This is efficient on x86-64 with BMI2 because shrx
882      * only reads the low 6 bits of the register. The compiler
883      * knows this and elides the mask. When fast is set,
884      * every operation can use the same value loaded from elt.
885      */
886     bitC->bitContainer[idx] >>= HUF_getNbBits(elt);
887     bitC->bitContainer[idx] |= kFast ? HUF_getValueFast(elt) : HUF_getValue(elt);
888     /* We only read the low 8 bits of bitC->bitPos[idx] so it
889      * doesn't matter that the high bits have noise from the value.
890      */
891     bitC->bitPos[idx] += HUF_getNbBitsFast(elt);
892     assert((bitC->bitPos[idx] & 0xFF) <= HUF_BITS_IN_CONTAINER);
893     /* The last 4-bits of elt are dirty if fast is set,
894      * so we must not be overwriting bits that have already been
895      * inserted into the bit container.
896      */
897 #if DEBUGLEVEL >= 1
898     {
899         size_t const nbBits = HUF_getNbBits(elt);
900         size_t const dirtyBits = nbBits == 0 ? 0 : ZSTD_highbit32((U32)nbBits) + 1;
901         (void)dirtyBits;
902         /* Middle bits are 0. */
903         assert(((elt >> dirtyBits) << (dirtyBits + nbBits)) == 0);
904         /* We didn't overwrite any bits in the bit container. */
905         assert(!kFast || (bitC->bitPos[idx] & 0xFF) <= HUF_BITS_IN_CONTAINER);
906         (void)dirtyBits;
907     }
908 #endif
909 }
910
911 FORCE_INLINE_TEMPLATE void HUF_zeroIndex1(HUF_CStream_t* bitC)
912 {
913     bitC->bitContainer[1] = 0;
914     bitC->bitPos[1] = 0;
915 }
916
917 /*! HUF_mergeIndex1() :
918  * Merges the bit container @ index 1 into the bit container @ index 0
919  * and zeros the bit container @ index 1.
920  */
921 FORCE_INLINE_TEMPLATE void HUF_mergeIndex1(HUF_CStream_t* bitC)
922 {
923     assert((bitC->bitPos[1] & 0xFF) < HUF_BITS_IN_CONTAINER);
924     bitC->bitContainer[0] >>= (bitC->bitPos[1] & 0xFF);
925     bitC->bitContainer[0] |= bitC->bitContainer[1];
926     bitC->bitPos[0] += bitC->bitPos[1];
927     assert((bitC->bitPos[0] & 0xFF) <= HUF_BITS_IN_CONTAINER);
928 }
929
930 /*! HUF_flushBits() :
931 * Flushes the bits in the bit container @ index 0.
932 *
933 * @post bitPos will be < 8.
934 * @param kFast If kFast is set then we must know a-priori that
935 *              the bit container will not overflow.
936 */
937 FORCE_INLINE_TEMPLATE void HUF_flushBits(HUF_CStream_t* bitC, int kFast)
938 {
939     /* The upper bits of bitPos are noisy, so we must mask by 0xFF. */
940     size_t const nbBits = bitC->bitPos[0] & 0xFF;
941     size_t const nbBytes = nbBits >> 3;
942     /* The top nbBits bits of bitContainer are the ones we need. */
943     size_t const bitContainer = bitC->bitContainer[0] >> (HUF_BITS_IN_CONTAINER - nbBits);
944     /* Mask bitPos to account for the bytes we consumed. */
945     bitC->bitPos[0] &= 7;
946     assert(nbBits > 0);
947     assert(nbBits <= sizeof(bitC->bitContainer[0]) * 8);
948     assert(bitC->ptr <= bitC->endPtr);
949     MEM_writeLEST(bitC->ptr, bitContainer);
950     bitC->ptr += nbBytes;
951     assert(!kFast || bitC->ptr <= bitC->endPtr);
952     if (!kFast && bitC->ptr > bitC->endPtr) bitC->ptr = bitC->endPtr;
953     /* bitContainer doesn't need to be modified because the leftover
954      * bits are already the top bitPos bits. And we don't care about
955      * noise in the lower values.
956      */
957 }
958
959 /*! HUF_endMark()
960  * @returns The Huffman stream end mark: A 1-bit value = 1.
961  */
962 static HUF_CElt HUF_endMark(void)
963 {
964     HUF_CElt endMark;
965     HUF_setNbBits(&endMark, 1);
966     HUF_setValue(&endMark, 1);
967     return endMark;
968 }
969
970 /*! HUF_closeCStream() :
971  *  @return Size of CStream, in bytes,
972  *          or 0 if it could not fit into dstBuffer */
973 static size_t HUF_closeCStream(HUF_CStream_t* bitC)
974 {
975     HUF_addBits(bitC, HUF_endMark(), /* idx */ 0, /* kFast */ 0);
976     HUF_flushBits(bitC, /* kFast */ 0);
977     {
978         size_t const nbBits = bitC->bitPos[0] & 0xFF;
979         if (bitC->ptr >= bitC->endPtr) return 0; /* overflow detected */
980         return (size_t)(bitC->ptr - bitC->startPtr) + (nbBits > 0);
981     }
982 }
983
984 FORCE_INLINE_TEMPLATE void
985 HUF_encodeSymbol(HUF_CStream_t* bitCPtr, U32 symbol, const HUF_CElt* CTable, int idx, int fast)
986 {
987     HUF_addBits(bitCPtr, CTable[symbol], idx, fast);
988 }
989
990 FORCE_INLINE_TEMPLATE void
991 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(HUF_CStream_t* bitC,
992                                    const BYTE* ip, size_t srcSize,
993                                    const HUF_CElt* ct,
994                                    int kUnroll, int kFastFlush, int kLastFast)
995 {
996     /* Join to kUnroll */
997     int n = (int)srcSize;
998     int rem = n % kUnroll;
999     if (rem > 0) {
1000         for (; rem > 0; --rem) {
1001             HUF_encodeSymbol(bitC, ip[--n], ct, 0, /* fast */ 0);
1002         }
1003         HUF_flushBits(bitC, kFastFlush);
1004     }
1005     assert(n % kUnroll == 0);
1006
1007     /* Join to 2 * kUnroll */
1008     if (n % (2 * kUnroll)) {
1009         int u;
1010         for (u = 1; u < kUnroll; ++u) {
1011             HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - u], ct, 0, 1);
1012         }
1013         HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - kUnroll], ct, 0, kLastFast);
1014         HUF_flushBits(bitC, kFastFlush);
1015         n -= kUnroll;
1016     }
1017     assert(n % (2 * kUnroll) == 0);
1018
1019     for (; n>0; n-= 2 * kUnroll) {
1020         /* Encode kUnroll symbols into the bitstream @ index 0. */
1021         int u;
1022         for (u = 1; u < kUnroll; ++u) {
1023             HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - u], ct, /* idx */ 0, /* fast */ 1);
1024         }
1025         HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - kUnroll], ct, /* idx */ 0, /* fast */ kLastFast);
1026         HUF_flushBits(bitC, kFastFlush);
1027         /* Encode kUnroll symbols into the bitstream @ index 1.
1028          * This allows us to start filling the bit container
1029          * without any data dependencies.
1030          */
1031         HUF_zeroIndex1(bitC);
1032         for (u = 1; u < kUnroll; ++u) {
1033             HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - kUnroll - u], ct, /* idx */ 1, /* fast */ 1);
1034         }
1035         HUF_encodeSymbol(bitC, ip[n - kUnroll - kUnroll], ct, /* idx */ 1, /* fast */ kLastFast);
1036         /* Merge bitstream @ index 1 into the bitstream @ index 0 */
1037         HUF_mergeIndex1(bitC);
1038         HUF_flushBits(bitC, kFastFlush);
1039     }
1040     assert(n == 0);
1041
1042 }
1043
1044 /**
1045  * Returns a tight upper bound on the output space needed by Huffman
1046  * with 8 bytes buffer to handle over-writes. If the output is at least
1047  * this large we don't need to do bounds checks during Huffman encoding.
1048  */
1049 static size_t HUF_tightCompressBound(size_t srcSize, size_t tableLog)
1050 {
1051     return ((srcSize * tableLog) >> 3) + 8;
1052 }
1053
1054
1055 FORCE_INLINE_TEMPLATE size_t
1056 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body(void* dst, size_t dstSize,
1057                                    const void* src, size_t srcSize,
1058                                    const HUF_CElt* CTable)
1059 {
1060     U32 const tableLog = HUF_readCTableHeader(CTable).tableLog;
1061     HUF_CElt const* ct = CTable + 1;
1062     const BYTE* ip = (const BYTE*) src;
1063     BYTE* const ostart = (BYTE*)dst;
1064     BYTE* const oend = ostart + dstSize;
1065     HUF_CStream_t bitC;
1066
1067     /* init */
1068     if (dstSize < 8) return 0;   /* not enough space to compress */
1069     { BYTE* op = ostart;
1070       size_t const initErr = HUF_initCStream(&bitC, op, (size_t)(oend-op));
1071       if (HUF_isError(initErr)) return 0; }
1072
1073     if (dstSize < HUF_tightCompressBound(srcSize, (size_t)tableLog) || tableLog > 11)
1074         HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ MEM_32bits() ? 2 : 4, /* kFast */ 0, /* kLastFast */ 0);
1075     else {
1076         if (MEM_32bits()) {
1077             switch (tableLog) {
1078             case 11:
1079                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 2, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 0);
1080                 break;
1081             case 10: ZSTD_FALLTHROUGH;
1082             case 9: ZSTD_FALLTHROUGH;
1083             case 8:
1084                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 2, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 1);
1085                 break;
1086             case 7: ZSTD_FALLTHROUGH;
1087             default:
1088                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 3, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 1);
1089                 break;
1090             }
1091         } else {
1092             switch (tableLog) {
1093             case 11:
1094                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 5, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 0);
1095                 break;
1096             case 10:
1097                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 5, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 1);
1098                 break;
1099             case 9:
1100                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 6, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 0);
1101                 break;
1102             case 8:
1103                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 7, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 0);
1104                 break;
1105             case 7:
1106                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 8, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 0);
1107                 break;
1108             case 6: ZSTD_FALLTHROUGH;
1109             default:
1110                 HUF_compress1X_usingCTable_internal_body_loop(&bitC, ip, srcSize, ct, /* kUnroll */ 9, /* kFastFlush */ 1, /* kLastFast */ 1);
1111                 break;
1112             }
1113         }
1114     }
1115     assert(bitC.ptr <= bitC.endPtr);
1116
1117     return HUF_closeCStream(&bitC);
1118 }
1119
1120 #if DYNAMIC_BMI2
1121
1122 static BMI2_TARGET_ATTRIBUTE size_t
1123 HUF_compress1X_usingCTable_internal_bmi2(void* dst, size_t dstSize,
1124                                    const void* src, size_t srcSize,
1125                                    const HUF_CElt* CTable)
1126 {
1127     return HUF_compress1X_usingCTable_internal_body(dst, dstSize, src, srcSize, CTable);
1128 }
1129
1130 static size_t
1131 HUF_compress1X_usingCTable_internal_default(void* dst, size_t dstSize,
1132                                       const void* src, size_t srcSize,
1133                                       const HUF_CElt* CTable)
1134 {
1135     return HUF_compress1X_usingCTable_internal_body(dst, dstSize, src, srcSize, CTable);
1136 }
1137
1138 static size_t
1139 HUF_compress1X_usingCTable_internal(void* dst, size_t dstSize,
1140                               const void* src, size_t srcSize,
1141                               const HUF_CElt* CTable, const int flags)
1142 {
1143     if (flags & HUF_flags_bmi2) {
1144         return HUF_compress1X_usingCTable_internal_bmi2(dst, dstSize, src, srcSize, CTable);
1145     }
1146     return HUF_compress1X_usingCTable_internal_default(dst, dstSize, src, srcSize, CTable);
1147 }
1148
1149 #else
1150
1151 static size_t
1152 HUF_compress1X_usingCTable_internal(void* dst, size_t dstSize,
1153                               const void* src, size_t srcSize,
1154                               const HUF_CElt* CTable, const int flags)
1155 {
1156     (void)flags;
1157     return HUF_compress1X_usingCTable_internal_body(dst, dstSize, src, srcSize, CTable);
1158 }
1159
1160 #endif
1161
1162 size_t HUF_compress1X_usingCTable(void* dst, size_t dstSize, const void* src, size_t srcSize, const HUF_CElt* CTable, int flags)
1163 {
1164     return HUF_compress1X_usingCTable_internal(dst, dstSize, src, srcSize, CTable, flags);
1165 }
1166
1167 static size_t
1168 HUF_compress4X_usingCTable_internal(void* dst, size_t dstSize,
1169                               const void* src, size_t srcSize,
1170                               const HUF_CElt* CTable, int flags)
1171 {
1172     size_t const segmentSize = (srcSize+3)/4;   /* first 3 segments */
1173     const BYTE* ip = (const BYTE*) src;
1174     const BYTE* const iend = ip + srcSize;
1175     BYTE* const ostart = (BYTE*) dst;
1176     BYTE* const oend = ostart + dstSize;
1177     BYTE* op = ostart;
1178
1179     if (dstSize < 6 + 1 + 1 + 1 + 8) return 0;   /* minimum space to compress successfully */
1180     if (srcSize < 12) return 0;   /* no saving possible : too small input */
1181     op += 6;   /* jumpTable */
1182
1183     assert(op <= oend);
1184     {   CHECK_V_F(cSize, HUF_compress1X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend-op), ip, segmentSize, CTable, flags) );
1185         if (cSize == 0 || cSize > 65535) return 0;
1186         MEM_writeLE16(ostart, (U16)cSize);
1187         op += cSize;
1188     }
1189
1190     ip += segmentSize;
1191     assert(op <= oend);
1192     {   CHECK_V_F(cSize, HUF_compress1X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend-op), ip, segmentSize, CTable, flags) );
1193         if (cSize == 0 || cSize > 65535) return 0;
1194         MEM_writeLE16(ostart+2, (U16)cSize);
1195         op += cSize;
1196     }
1197
1198     ip += segmentSize;
1199     assert(op <= oend);
1200     {   CHECK_V_F(cSize, HUF_compress1X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend-op), ip, segmentSize, CTable, flags) );
1201         if (cSize == 0 || cSize > 65535) return 0;
1202         MEM_writeLE16(ostart+4, (U16)cSize);
1203         op += cSize;
1204     }
1205
1206     ip += segmentSize;
1207     assert(op <= oend);
1208     assert(ip <= iend);
1209     {   CHECK_V_F(cSize, HUF_compress1X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend-op), ip, (size_t)(iend-ip), CTable, flags) );
1210         if (cSize == 0 || cSize > 65535) return 0;
1211         op += cSize;
1212     }
1213
1214     return (size_t)(op-ostart);
1215 }
1216
1217 size_t HUF_compress4X_usingCTable(void* dst, size_t dstSize, const void* src, size_t srcSize, const HUF_CElt* CTable, int flags)
1218 {
1219     return HUF_compress4X_usingCTable_internal(dst, dstSize, src, srcSize, CTable, flags);
1220 }
1221
1222 typedef enum { HUF_singleStream, HUF_fourStreams } HUF_nbStreams_e;
1223
1224 static size_t HUF_compressCTable_internal(
1225                 BYTE* const ostart, BYTE* op, BYTE* const oend,
1226                 const void* src, size_t srcSize,
1227                 HUF_nbStreams_e nbStreams, const HUF_CElt* CTable, const int flags)
1228 {
1229     size_t const cSize = (nbStreams==HUF_singleStream) ?
1230                          HUF_compress1X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend - op), src, srcSize, CTable, flags) :
1231                          HUF_compress4X_usingCTable_internal(op, (size_t)(oend - op), src, srcSize, CTable, flags);
1232     if (HUF_isError(cSize)) { return cSize; }
1233     if (cSize==0) { return 0; }   /* uncompressible */
1234     op += cSize;
1235     /* check compressibility */
1236     assert(op >= ostart);
1237     if ((size_t)(op-ostart) >= srcSize-1) { return 0; }
1238     return (size_t)(op-ostart);
1239 }
1240
1241 typedef struct {
1242     unsigned count[HUF_SYMBOLVALUE_MAX + 1];
1243     HUF_CElt CTable[HUF_CTABLE_SIZE_ST(HUF_SYMBOLVALUE_MAX)];
1244     union {
1245         HUF_buildCTable_wksp_tables buildCTable_wksp;
1246         HUF_WriteCTableWksp writeCTable_wksp;
1247         U32 hist_wksp[HIST_WKSP_SIZE_U32];
1248     } wksps;
1249 } HUF_compress_tables_t;
1250
1251 #define SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE 4096
1252 #define SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_RATIO 10  /* Must be >= 2 */
1253
1254 unsigned HUF_cardinality(const unsigned* count, unsigned maxSymbolValue)
1255 {
1256     unsigned cardinality = 0;
1257     unsigned i;
1258
1259     for (i = 0; i < maxSymbolValue + 1; i++) {
1260         if (count[i] != 0) cardinality += 1;
1261     }
1262
1263     return cardinality;
1264 }
1265
1266 unsigned HUF_minTableLog(unsigned symbolCardinality)
1267 {
1268     U32 minBitsSymbols = ZSTD_highbit32(symbolCardinality) + 1;
1269     return minBitsSymbols;
1270 }
1271
1272 unsigned HUF_optimalTableLog(
1273             unsigned maxTableLog,
1274             size_t srcSize,
1275             unsigned maxSymbolValue,
1276             void* workSpace, size_t wkspSize,
1277             HUF_CElt* table,
1278       const unsigned* count,
1279             int flags)
1280 {
1281     assert(srcSize > 1); /* Not supported, RLE should be used instead */
1282     assert(wkspSize >= sizeof(HUF_buildCTable_wksp_tables));
1283
1284     if (!(flags & HUF_flags_optimalDepth)) {
1285         /* cheap evaluation, based on FSE */
1286         return FSE_optimalTableLog_internal(maxTableLog, srcSize, maxSymbolValue, 1);
1287     }
1288
1289     {   BYTE* dst = (BYTE*)workSpace + sizeof(HUF_WriteCTableWksp);
1290         size_t dstSize = wkspSize - sizeof(HUF_WriteCTableWksp);
1291         size_t hSize, newSize;
1292         const unsigned symbolCardinality = HUF_cardinality(count, maxSymbolValue);
1293         const unsigned minTableLog = HUF_minTableLog(symbolCardinality);
1294         size_t optSize = ((size_t) ~0) - 1;
1295         unsigned optLog = maxTableLog, optLogGuess;
1296
1297         DEBUGLOG(6, "HUF_optimalTableLog: probing huf depth (srcSize=%zu)", srcSize);
1298
1299         /* Search until size increases */
1300         for (optLogGuess = minTableLog; optLogGuess <= maxTableLog; optLogGuess++) {
1301             DEBUGLOG(7, "checking for huffLog=%u", optLogGuess);
1302
1303             {   size_t maxBits = HUF_buildCTable_wksp(table, count, maxSymbolValue, optLogGuess, workSpace, wkspSize);
1304                 if (ERR_isError(maxBits)) continue;
1305
1306                 if (maxBits < optLogGuess && optLogGuess > minTableLog) break;
1307
1308                 hSize = HUF_writeCTable_wksp(dst, dstSize, table, maxSymbolValue, (U32)maxBits, workSpace, wkspSize);
1309             }
1310
1311             if (ERR_isError(hSize)) continue;
1312
1313             newSize = HUF_estimateCompressedSize(table, count, maxSymbolValue) + hSize;
1314
1315             if (newSize > optSize + 1) {
1316                 break;
1317             }
1318
1319             if (newSize < optSize) {
1320                 optSize = newSize;
1321                 optLog = optLogGuess;
1322             }
1323         }
1324         assert(optLog <= HUF_TABLELOG_MAX);
1325         return optLog;
1326     }
1327 }
1328
1329 /* HUF_compress_internal() :
1330  * `workSpace_align4` must be aligned on 4-bytes boundaries,
1331  * and occupies the same space as a table of HUF_WORKSPACE_SIZE_U64 unsigned */
1332 static size_t
1333 HUF_compress_internal (void* dst, size_t dstSize,
1334                  const void* src, size_t srcSize,
1335                        unsigned maxSymbolValue, unsigned huffLog,
1336                        HUF_nbStreams_e nbStreams,
1337                        void* workSpace, size_t wkspSize,
1338                        HUF_CElt* oldHufTable, HUF_repeat* repeat, int flags)
1339 {
1340     HUF_compress_tables_t* const table = (HUF_compress_tables_t*)HUF_alignUpWorkspace(workSpace, &wkspSize, ZSTD_ALIGNOF(size_t));
1341     BYTE* const ostart = (BYTE*)dst;
1342     BYTE* const oend = ostart + dstSize;
1343     BYTE* op = ostart;
1344
1345     DEBUGLOG(5, "HUF_compress_internal (srcSize=%zu)", srcSize);
1346     HUF_STATIC_ASSERT(sizeof(*table) + HUF_WORKSPACE_MAX_ALIGNMENT <= HUF_WORKSPACE_SIZE);
1347
1348     /* checks & inits */
1349     if (wkspSize < sizeof(*table)) return ERROR(workSpace_tooSmall);
1350     if (!srcSize) return 0;  /* Uncompressed */
1351     if (!dstSize) return 0;  /* cannot fit anything within dst budget */
1352     if (srcSize > HUF_BLOCKSIZE_MAX) return ERROR(srcSize_wrong);   /* current block size limit */
1353     if (huffLog > HUF_TABLELOG_MAX) return ERROR(tableLog_tooLarge);
1354     if (maxSymbolValue > HUF_SYMBOLVALUE_MAX) return ERROR(maxSymbolValue_tooLarge);
1355     if (!maxSymbolValue) maxSymbolValue = HUF_SYMBOLVALUE_MAX;
1356     if (!huffLog) huffLog = HUF_TABLELOG_DEFAULT;
1357
1358     /* Heuristic : If old table is valid, use it for small inputs */
1359     if ((flags & HUF_flags_preferRepeat) && repeat && *repeat == HUF_repeat_valid) {
1360         return HUF_compressCTable_internal(ostart, op, oend,
1361                                            src, srcSize,
1362                                            nbStreams, oldHufTable, flags);
1363     }
1364
1365     /* If uncompressible data is suspected, do a smaller sampling first */
1366     DEBUG_STATIC_ASSERT(SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_RATIO >= 2);
1367     if ((flags & HUF_flags_suspectUncompressible) && srcSize >= (SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE * SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_RATIO)) {
1368         size_t largestTotal = 0;
1369         DEBUGLOG(5, "input suspected incompressible : sampling to check");
1370         {   unsigned maxSymbolValueBegin = maxSymbolValue;
1371             CHECK_V_F(largestBegin, HIST_count_simple (table->count, &maxSymbolValueBegin, (const BYTE*)src, SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE) );
1372             largestTotal += largestBegin;
1373         }
1374         {   unsigned maxSymbolValueEnd = maxSymbolValue;
1375             CHECK_V_F(largestEnd, HIST_count_simple (table->count, &maxSymbolValueEnd, (const BYTE*)src + srcSize - SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE, SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE) );
1376             largestTotal += largestEnd;
1377         }
1378         if (largestTotal <= ((2 * SUSPECT_INCOMPRESSIBLE_SAMPLE_SIZE) >> 7)+4) return 0;   /* heuristic : probably not compressible enough */
1379     }
1380
1381     /* Scan input and build symbol stats */
1382     {   CHECK_V_F(largest, HIST_count_wksp (table->count, &maxSymbolValue, (const BYTE*)src, srcSize, table->wksps.hist_wksp, sizeof(table->wksps.hist_wksp)) );
1383         if (largest == srcSize) { *ostart = ((const BYTE*)src)[0]; return 1; }   /* single symbol, rle */
1384         if (largest <= (srcSize >> 7)+4) return 0;   /* heuristic : probably not compressible enough */
1385     }
1386     DEBUGLOG(6, "histogram detail completed (%zu symbols)", showU32(table->count, maxSymbolValue+1));
1387
1388     /* Check validity of previous table */
1389     if ( repeat
1390       && *repeat == HUF_repeat_check
1391       && !HUF_validateCTable(oldHufTable, table->count, maxSymbolValue)) {
1392         *repeat = HUF_repeat_none;
1393     }
1394     /* Heuristic : use existing table for small inputs */
1395     if ((flags & HUF_flags_preferRepeat) && repeat && *repeat != HUF_repeat_none) {
1396         return HUF_compressCTable_internal(ostart, op, oend,
1397                                            src, srcSize,
1398                                            nbStreams, oldHufTable, flags);
1399     }
1400
1401     /* Build Huffman Tree */
1402     huffLog = HUF_optimalTableLog(huffLog, srcSize, maxSymbolValue, &table->wksps, sizeof(table->wksps), table->CTable, table->count, flags);
1403     {   size_t const maxBits = HUF_buildCTable_wksp(table->CTable, table->count,
1404                                             maxSymbolValue, huffLog,
1405                                             &table->wksps.buildCTable_wksp, sizeof(table->wksps.buildCTable_wksp));
1406         CHECK_F(maxBits);
1407         huffLog = (U32)maxBits;
1408         DEBUGLOG(6, "bit distribution completed (%zu symbols)", showCTableBits(table->CTable + 1, maxSymbolValue+1));
1409     }
1410
1411     /* Write table description header */
1412     {   CHECK_V_F(hSize, HUF_writeCTable_wksp(op, dstSize, table->CTable, maxSymbolValue, huffLog,
1413                                               &table->wksps.writeCTable_wksp, sizeof(table->wksps.writeCTable_wksp)) );
1414         /* Check if using previous huffman table is beneficial */
1415         if (repeat && *repeat != HUF_repeat_none) {
1416             size_t const oldSize = HUF_estimateCompressedSize(oldHufTable, table->count, maxSymbolValue);
1417             size_t const newSize = HUF_estimateCompressedSize(table->CTable, table->count, maxSymbolValue);
1418             if (oldSize <= hSize + newSize || hSize + 12 >= srcSize) {
1419                 return HUF_compressCTable_internal(ostart, op, oend,
1420                                                    src, srcSize,
1421                                                    nbStreams, oldHufTable, flags);
1422         }   }
1423
1424         /* Use the new huffman table */
1425         if (hSize + 12ul >= srcSize) { return 0; }
1426         op += hSize;
1427         if (repeat) { *repeat = HUF_repeat_none; }
1428         if (oldHufTable)
1429             ZSTD_memcpy(oldHufTable, table->CTable, sizeof(table->CTable));  /* Save new table */
1430     }
1431     return HUF_compressCTable_internal(ostart, op, oend,
1432                                        src, srcSize,
1433                                        nbStreams, table->CTable, flags);
1434 }
1435
1436 size_t HUF_compress1X_repeat (void* dst, size_t dstSize,
1437                       const void* src, size_t srcSize,
1438                       unsigned maxSymbolValue, unsigned huffLog,
1439                       void* workSpace, size_t wkspSize,
1440                       HUF_CElt* hufTable, HUF_repeat* repeat, int flags)
1441 {
1442     DEBUGLOG(5, "HUF_compress1X_repeat (srcSize = %zu)", srcSize);
1443     return HUF_compress_internal(dst, dstSize, src, srcSize,
1444                                  maxSymbolValue, huffLog, HUF_singleStream,
1445                                  workSpace, wkspSize, hufTable,
1446                                  repeat, flags);
1447 }
1448
1449 /* HUF_compress4X_repeat():
1450  * compress input using 4 streams.
1451  * consider skipping quickly
1452  * reuse an existing huffman compression table */
1453 size_t HUF_compress4X_repeat (void* dst, size_t dstSize,
1454                       const void* src, size_t srcSize,
1455                       unsigned maxSymbolValue, unsigned huffLog,
1456                       void* workSpace, size_t wkspSize,
1457                       HUF_CElt* hufTable, HUF_repeat* repeat, int flags)
1458 {
1459     DEBUGLOG(5, "HUF_compress4X_repeat (srcSize = %zu)", srcSize);
1460     return HUF_compress_internal(dst, dstSize, src, srcSize,
1461                                  maxSymbolValue, huffLog, HUF_fourStreams,
1462                                  workSpace, wkspSize,
1463                                  hufTable, repeat, flags);
1464 }