wimlib.net Git - wimlib/blob - include/wimlib/decompress_common.h

   1 /*
   2  * decompress_common.h
   3  *
   4  * Header for decompression code shared by multiple compression formats.
   5  */
   6
   7 #ifndef _WIMLIB_DECOMPRESS_COMMON_H
   8 #define _WIMLIB_DECOMPRESS_COMMON_H
   9
  10 #include "wimlib/assert.h"
  11 #include "wimlib/compiler.h"
  12 #include "wimlib/endianness.h"
  13 #include "wimlib/types.h"
  14
  15 #ifndef INPUT_IDX_T_DEFINED
  16 #define INPUT_IDX_T_DEFINED
  17 typedef u32 input_idx_t;
  18 #endif
  19
  20 /* Structure to encapsulate a block of in-memory data that is being interpreted
  21  * as a stream of bits.
  22  *
  23  * This is geared specifically towards the XPRESS and LZX compression formats
  24  * with regards to the actual ordering the bits within the byte sequence.  */
  25 struct input_bitstream {
  26
  27         /* A variable of length at least 32 bits that is used to hold bits that
  28          * have been read from the stream.  The bits are ordered from high-order
  29          * to low-order, and the next bit is always the high-order bit.  */
  30         u32 bitbuf;
  31
  32         /* Number of bits in @bitbuf that are valid.  */
  33         unsigned bitsleft;
  34
  35         /* Pointer to the next byte to be retrieved from the input.  */
  36         const u8 *data;
  37
  38         /* Number of bytes of data that are left.  */
  39         input_idx_t data_bytes_left;
  40 };
  41
  42 /* Initializes a bitstream to receive its input from @data. */
  43 static inline void
  44 init_input_bitstream(struct input_bitstream *istream,
  45                      const void *data, input_idx_t num_data_bytes)
  46 {
  47         istream->bitbuf          = 0;
  48         istream->bitsleft        = 0;
  49         istream->data            = data;
  50         istream->data_bytes_left = num_data_bytes;
  51 }
  52
  53 /* Ensures the bit buffer variable for the bitstream contains at least @num_bits
  54  * bits.  Following this, bitstream_peek_bits() and/or bitstream_remove_bits()
  55  * may be called on the bitstream to peek or remove up to @num_bits bits.
  56  *
  57  * If the input data is exhausted, any further bits are assumed to be 0.  */
  58 static inline void
  59 bitstream_ensure_bits(struct input_bitstream *istream, unsigned num_bits)
  60 {
  61         for (int nbits = num_bits; (int)istream->bitsleft < nbits; nbits -= 16) {
  62                 u16 nextword;
  63                 unsigned shift;
  64
  65                 if (unlikely(istream->data_bytes_left < 2)) {
  66                         istream->bitsleft = num_bits;
  67                         return;
  68                 }
  69
  70                 nextword = le16_to_cpu(*(const le16*)istream->data);
  71                 shift = sizeof(istream->bitbuf) * 8 - 16 - istream->bitsleft;
  72                 istream->bitbuf |= (u32)nextword << shift;
  73                 istream->data += 2;
  74                 istream->bitsleft += 16;
  75                 istream->data_bytes_left -= 2;
  76         }
  77 }
  78
  79 /* Returns the next @num_bits bits from the bitstream, without removing them.
  80  * There must be at least @num_bits remaining in the buffer variable, from a
  81  * previous call to bitstream_ensure_bits().  */
  82 static inline u32
  83 bitstream_peek_bits(const struct input_bitstream *istream, unsigned num_bits)
  84 {
  85         if (unlikely(num_bits == 0))
  86                 return 0;
  87         return istream->bitbuf >> (sizeof(istream->bitbuf) * 8 - num_bits);
  88 }
  89
  90 /* Removes @num_bits from the bitstream.  There must be at least @num_bits
  91  * remaining in the buffer variable, from a previous call to
  92  * bitstream_ensure_bits().  */
  93 static inline void
  94 bitstream_remove_bits(struct input_bitstream *istream, unsigned num_bits)
  95 {
  96         istream->bitbuf <<= num_bits;
  97         istream->bitsleft -= num_bits;
  98 }
  99
 100 /* Removes and returns @num_bits bits from the bitstream.  There must be at
 101  * least @num_bits remaining in the buffer variable, from a previous call to
 102  * bitstream_ensure_bits().  */
 103 static inline u32
 104 bitstream_pop_bits(struct input_bitstream *istream, unsigned num_bits)
 105 {
 106         u32 n = bitstream_peek_bits(istream, num_bits);
 107         bitstream_remove_bits(istream, num_bits);
 108         return n;
 109 }
 110
 111 /* Reads and returns the next @num_bits bits from the bitstream.
 112  * If the input data is exhausted, the bits are assumed to be 0.  */
 113 static inline u32
 114 bitstream_read_bits(struct input_bitstream *istream, unsigned num_bits)
 115 {
 116         bitstream_ensure_bits(istream, num_bits);
 117         return bitstream_pop_bits(istream, num_bits);
 118 }
 119
 120 /* Reads and returns the next literal byte embedded in the bitstream.
 121  * If the input data is exhausted, the byte is assumed to be 0.  */
 122 static inline u8
 123 bitstream_read_byte(struct input_bitstream *istream)
 124 {
 125         if (unlikely(istream->data_bytes_left == 0))
 126                 return 0;
 127         istream->data_bytes_left--;
 128         return *istream->data++;
 129 }
 130
 131
 132 /* Needed alignment of decode_table parameter to make_huffman_decode_table().
 133  *
 134  * Reason: We may fill the entries with SSE instructions without worrying
 135  * about dealing with the unaligned case.  */
 136 #define DECODE_TABLE_ALIGNMENT 16
 137
 138 /* Maximum supported symbol count for make_huffman_decode_table().
 139  *
 140  * Reason: In direct mapping entries, we store the symbol in 11 bits.  */
 141 #define DECODE_TABLE_MAX_SYMBOLS 2048
 142
 143 /* Maximum supported table bits for make_huffman_decode_table().
 144  *
 145  * Reason: In internal binary tree nodes, offsets are encoded in 14 bits.
 146  * But the real limit is 13, because we allocate entries past the end of
 147  * the direct lookup part of the table for binary tree nodes.  (Note: if
 148  * needed this limit could be removed by encoding the offsets relative to
 149  * &decode_table[1 << table_bits].)  */
 150 #define DECODE_TABLE_MAX_TABLE_BITS 13
 151
 152 /* Maximum supported codeword length for make_huffman_decode_table().
 153  *
 154  * Reason: In direct mapping entries, we encode the codeword length in 5
 155  * bits, and the top 2 bits can't both be set because that has special
 156  * meaning.  */
 157 #define DECODE_TABLE_MAX_CODEWORD_LEN 23
 158
 159 /* Reads and returns the next Huffman-encoded symbol from a bitstream.  If the
 160  * input data is exhausted, the Huffman symbol is decoded as if the missing bits
 161  * are all zeroes.
 162  *
 163  * XXX: This is mostly duplicated in lzms_huffman_decode_symbol() in
 164  * lzms-decompress.c.  */
 165 static inline u16
 166 read_huffsym(struct input_bitstream *istream, const u16 decode_table[],
 167              unsigned table_bits, unsigned max_codeword_len)
 168 {
 169         u16 entry;
 170         u16 key_bits;
 171
 172         bitstream_ensure_bits(istream, max_codeword_len);
 173
 174         /* Index the decode table by the next table_bits bits of the input.  */
 175         key_bits = bitstream_peek_bits(istream, table_bits);
 176         entry = decode_table[key_bits];
 177         if (likely(entry < 0xC000)) {
 178                 /* Fast case: The decode table directly provided the
 179                  * symbol and codeword length.  The low 11 bits are the
 180                  * symbol, and the high 5 bits are the codeword length.  */
 181                 bitstream_remove_bits(istream, entry >> 11);
 182                 return entry & 0x7FF;
 183         } else {
 184                 /* Slow case: The codeword for the symbol is longer than
 185                  * table_bits, so the symbol does not have an entry
 186                  * directly in the first (1 << table_bits) entries of the
 187                  * decode table.  Traverse the appropriate binary tree
 188                  * bit-by-bit to decode the symbol.  */
 189                 bitstream_remove_bits(istream, table_bits);
 190                 do {
 191                         key_bits = (entry & 0x3FFF) + bitstream_pop_bits(istream, 1);
 192                 } while ((entry = decode_table[key_bits]) >= 0xC000);
 193                 return entry;
 194         }
 195 }
 196
 197 extern int
 198 make_huffman_decode_table(u16 decode_table[], unsigned num_syms,
 199                           unsigned num_bits, const u8 lens[],
 200                           unsigned max_codeword_len);
 201
 202
 203 /*
 204  * Copy a LZ77 match at (dst - offset) to dst.
 205  *
 206  * The length and offset must be already validated --- that is, (dst - offset)
 207  * can't underrun the output buffer, and (dst + length) can't overrun the output
 208  * buffer.  Also, the length cannot be 0.
 209  *
 210  * @winend points to the byte past the end of the output buffer.
 211  * This function won't write any data beyond this position.
 212  */
 213 static inline void
 214 lz_copy(u8 *dst, unsigned length, unsigned offset, const u8 *winend)
 215 {
 216         const u8 *src = dst - offset;
 217 #if defined(__x86_64__) || defined(__i386__)
 218         /* Copy one 'unsigned long' at a time.  On i386 and x86_64 this is
 219          * faster than copying one byte at a time, unless the data is
 220          * near-random and all the matches have very short lengths.  Note that
 221          * since this requires unaligned memory accesses, it won't necessarily
 222          * be faster on every architecture.
 223          *
 224          * Also note that we might copy more than the length of the match.  For
 225          * example, if an 'unsigned long' is 8 bytes and the match is of length
 226          * 5, then we'll simply copy 8 bytes.  This is okay as long as we don't
 227          * write beyond the end of the output buffer, hence the check for
 228          * (winend - (dst + length) >= sizeof(unsigned long) - 1).  */
 229         if (offset >= sizeof(unsigned long) &&
 230                         winend - (dst + length) >= sizeof(unsigned long) - 1)
 231         {
 232                 /* Access memory through a packed struct.  This tricks the
 233                  * compiler into allowing unaligned memory accesses.  */
 234                 struct ulong_wrapper {
 235                         unsigned long v;
 236                 } _packed_attribute;
 237
 238                 const u8 *end = dst + length;
 239                 do {
 240                         unsigned long v = ((struct ulong_wrapper *)src)->v;
 241                         ((struct ulong_wrapper *)dst)->v = v;
 242                         dst += sizeof(unsigned long);
 243                         src += sizeof(unsigned long);
 244                 } while (dst < end);
 245
 246                 return;
 247         }
 248 #endif
 249         do {
 250                 *dst++ = *src++;
 251         } while (--length);
 252 }
 253
 254 #endif /* _WIMLIB_DECOMPRESS_COMMON_H */