]> wimlib.net Git - wimlib/blob - src/compress_common.c
Restore comments that were accidentally deleted
[wimlib] / src / compress_common.c
1 /*
2  * compress_common.c
3  *
4  * Code for compression shared among multiple compression formats.
5  *
6  * The following copying information applies to this specific source code file:
7  *
8  * Written in 2012-2014 by Eric Biggers <ebiggers3@gmail.com>
9  *
10  * To the extent possible under law, the author(s) have dedicated all copyright
11  * and related and neighboring rights to this software to the public domain
12  * worldwide via the Creative Commons Zero 1.0 Universal Public Domain
13  * Dedication (the "CC0").
14  *
15  * This software is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
16  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
17  * FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the CC0 for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the CC0 along with this software; if not
20  * see <http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/>.
21  */
22
23 #ifdef HAVE_CONFIG_H
24 #  include "config.h"
25 #endif
26
27 #include <string.h>
28
29 #include "wimlib/compress_common.h"
30 #include "wimlib/util.h"
31
32 /* Given the binary tree node A[subtree_idx] whose children already
33  * satisfy the maxheap property, swap the node with its greater child
34  * until it is greater than both its children, so that the maxheap
35  * property is satisfied in the subtree rooted at A[subtree_idx].  */
36 static void
37 heapify_subtree(u32 A[], unsigned length, unsigned subtree_idx)
38 {
39         unsigned parent_idx;
40         unsigned child_idx;
41         u32 v;
42
43         v = A[subtree_idx];
44         parent_idx = subtree_idx;
45         while ((child_idx = parent_idx * 2) <= length) {
46                 if (child_idx < length && A[child_idx + 1] > A[child_idx])
47                         child_idx++;
48                 if (v >= A[child_idx])
49                         break;
50                 A[parent_idx] = A[child_idx];
51                 parent_idx = child_idx;
52         }
53         A[parent_idx] = v;
54 }
55
56 /* Rearrange the array 'A' so that it satisfies the maxheap property.
57  * 'A' uses 1-based indices, so the children of A[i] are A[i*2] and A[i*2 + 1].
58  */
59 static void
60 heapify_array(u32 A[], unsigned length)
61 {
62         for (unsigned subtree_idx = length / 2; subtree_idx >= 1; subtree_idx--)
63                 heapify_subtree(A, length, subtree_idx);
64 }
65
66 /* Sort the array 'A', which contains 'length' unsigned 32-bit integers.  */
67 static void
68 heapsort(u32 A[], unsigned length)
69 {
70         A--; /* Use 1-based indices  */
71
72         heapify_array(A, length);
73
74         while (length >= 2) {
75                 swap(A[1], A[length]);
76                 length--;
77                 heapify_subtree(A, length, 1);
78         }
79 }
80
81 #define NUM_SYMBOL_BITS 10
82 #define SYMBOL_MASK ((1 << NUM_SYMBOL_BITS) - 1)
83
84 /*
85  * Sort the symbols primarily by frequency and secondarily by symbol
86  * value.  Discard symbols with zero frequency and fill in an array with
87  * the remaining symbols, along with their frequencies.  The low
88  * NUM_SYMBOL_BITS bits of each array entry will contain the symbol
89  * value, and the remaining bits will contain the frequency.
90  *
91  * @num_syms
92  *      Number of symbols in the alphabet.
93  *      Can't be greater than (1 << NUM_SYMBOL_BITS).
94  *
95  * @freqs[num_syms]
96  *      The frequency of each symbol.
97  *
98  * @lens[num_syms]
99  *      An array that eventually will hold the length of each codeword.
100  *      This function only fills in the codeword lengths for symbols that
101  *      have zero frequency, which are not well defined per se but will
102  *      be set to 0.
103  *
104  * @symout[num_syms]
105  *      The output array, described above.
106  *
107  * Returns the number of entries in 'symout' that were filled.  This is
108  * the number of symbols that have nonzero frequency.
109  */
110 static unsigned
111 sort_symbols(unsigned num_syms, const u32 freqs[restrict],
112              u8 lens[restrict], u32 symout[restrict])
113 {
114         unsigned num_used_syms;
115         unsigned num_counters;
116
117         /* We rely on heapsort, but with an added optimization.  Since
118          * it's common for most symbol frequencies to be low, we first do
119          * a count sort using a limited number of counters.  High
120          * frequencies will be counted in the last counter, and only they
121          * will be sorted with heapsort.
122          *
123          * Note: with more symbols, it is generally beneficial to have more
124          * counters.  About 1 counter per 4 symbols seems fast.
125          *
126          * Note: I also tested radix sort, but even for large symbol
127          * counts (> 255) and frequencies bounded at 16 bits (enabling
128          * radix sort by just two base-256 digits), it didn't seem any
129          * faster than the method implemented here.
130          *
131          * Note: I tested the optimized quicksort implementation from
132          * glibc (with indirection overhead removed), but it was only
133          * marginally faster than the simple heapsort implemented here.
134          *
135          * Tests were done with building the codes for LZX.  Results may
136          * vary for different compression algorithms...!  */
137
138         num_counters = ALIGN(DIV_ROUND_UP(num_syms, 4), 4);
139
140         unsigned counters[num_counters];
141
142         memset(counters, 0, sizeof(counters));
143
144         /* Count the frequencies.  */
145         for (unsigned sym = 0; sym < num_syms; sym++)
146                 counters[min(freqs[sym], num_counters - 1)]++;
147
148         /* Make the counters cumulative, ignoring the zero-th, which
149          * counted symbols with zero frequency.  As a side effect, this
150          * calculates the number of symbols with nonzero frequency.  */
151         num_used_syms = 0;
152         for (unsigned i = 1; i < num_counters; i++) {
153                 unsigned count = counters[i];
154                 counters[i] = num_used_syms;
155                 num_used_syms += count;
156         }
157
158         /* Sort nonzero-frequency symbols using the counters.  At the
159          * same time, set the codeword lengths of zero-frequency symbols
160          * to 0.  */
161         for (unsigned sym = 0; sym < num_syms; sym++) {
162                 u32 freq = freqs[sym];
163                 if (freq != 0) {
164                         symout[counters[min(freq, num_counters - 1)]++] =
165                                 sym | (freq << NUM_SYMBOL_BITS);
166                 } else {
167                         lens[sym] = 0;
168                 }
169         }
170
171         /* Sort the symbols counted in the last counter.  */
172         heapsort(symout + counters[num_counters - 2],
173                  counters[num_counters - 1] - counters[num_counters - 2]);
174
175         return num_used_syms;
176 }
177
178 /*
179  * Build the Huffman tree.
180  *
181  * This is an optimized implementation that
182  *      (a) takes advantage of the frequencies being already sorted;
183  *      (b) only generates non-leaf nodes, since the non-leaf nodes of a
184  *          Huffman tree are sufficient to generate a canonical code;
185  *      (c) Only stores parent pointers, not child pointers;
186  *      (d) Produces the nodes in the same memory used for input
187  *          frequency information.
188  *
189  * Array 'A', which contains 'sym_count' entries, is used for both input
190  * and output.  For this function, 'sym_count' must be at least 2.
191  *
192  * For input, the array must contain the frequencies of the symbols,
193  * sorted in increasing order.  Specifically, each entry must contain a
194  * frequency left shifted by NUM_SYMBOL_BITS bits.  Any data in the low
195  * NUM_SYMBOL_BITS bits of the entries will be ignored by this function.
196  * Although these bits will, in fact, contain the symbols that correspond
197  * to the frequencies, this function is concerned with frequencies only
198  * and keeps the symbols as-is.
199  *
200  * For output, this function will produce the non-leaf nodes of the
201  * Huffman tree.  These nodes will be stored in the first (sym_count - 1)
202  * entries of the array.  Entry A[sym_count - 2] will represent the root
203  * node.  Each other node will contain the zero-based index of its parent
204  * node in 'A', left shifted by NUM_SYMBOL_BITS bits.  The low
205  * NUM_SYMBOL_BITS bits of each entry in A will be kept as-is.  Again,
206  * note that although these low bits will, in fact, contain a symbol
207  * value, this symbol will have *no relationship* with the Huffman tree
208  * node that happens to occupy the same slot.  This is because this
209  * implementation only generates the non-leaf nodes of the tree.
210  */
211 static void
212 build_tree(u32 A[], unsigned sym_count)
213 {
214         /* Index, in 'A', of next lowest frequency symbol that has not
215          * yet been processed.  */
216         unsigned i = 0;
217
218         /* Index, in 'A', of next lowest frequency parentless non-leaf
219          * node; or, if equal to 'e', then no such node exists yet.  */
220         unsigned b = 0;
221
222         /* Index, in 'A', of next node to allocate as a non-leaf.  */
223         unsigned e = 0;
224
225         do {
226                 unsigned m, n;
227                 u32 freq_shifted;
228
229                 /* Choose the two next lowest frequency entries.  */
230
231                 if (i != sym_count &&
232                     (b == e || (A[i] >> NUM_SYMBOL_BITS) <= (A[b] >> NUM_SYMBOL_BITS)))
233                         m = i++;
234                 else
235                         m = b++;
236
237                 if (i != sym_count &&
238                     (b == e || (A[i] >> NUM_SYMBOL_BITS) <= (A[b] >> NUM_SYMBOL_BITS)))
239                         n = i++;
240                 else
241                         n = b++;
242
243                 /* Allocate a non-leaf node and link the entries to it.
244                  *
245                  * If we link an entry that we're visiting for the first
246                  * time (via index 'i'), then we're actually linking a
247                  * leaf node and it will have no effect, since the leaf
248                  * will be overwritten with a non-leaf when index 'e'
249                  * catches up to it.  But it's not any slower to
250                  * unconditionally set the parent index.
251                  *
252                  * We also compute the frequency of the non-leaf node as
253                  * the sum of its two children's frequencies.  */
254
255                 freq_shifted = (A[m] & ~SYMBOL_MASK) + (A[n] & ~SYMBOL_MASK);
256
257                 A[m] = (A[m] & SYMBOL_MASK) | (e << NUM_SYMBOL_BITS);
258                 A[n] = (A[n] & SYMBOL_MASK) | (e << NUM_SYMBOL_BITS);
259                 A[e] = (A[e] & SYMBOL_MASK) | freq_shifted;
260                 e++;
261         } while (sym_count - e > 1);
262                 /* When just one entry remains, it is a "leaf" that was
263                  * linked to some other node.  We ignore it, since the
264                  * rest of the array contains the non-leaves which we
265                  * need.  (Note that we're assuming the cases with 0 or 1
266                  * symbols were handled separately.) */
267 }
268
269 /*
270  * Given the stripped-down Huffman tree constructed by build_tree(),
271  * determine the number of codewords that should be assigned each
272  * possible length, taking into account the length-limited constraint.
273  *
274  * @A
275  *      The array produced by build_tree(), containing parent index
276  *      information for the non-leaf nodes of the Huffman tree.  Each
277  *      entry in this array is a node; a node's parent always has a
278  *      greater index than that node itself.  This function will
279  *      overwrite the parent index information in this array, so
280  *      essentially it will destroy the tree.  However, the data in the
281  *      low NUM_SYMBOL_BITS of each entry will be preserved.
282  *
283  * @root_idx
284  *      The 0-based index of the root node in 'A', and consequently one
285  *      less than the number of tree node entries in 'A'.  (Or, really 2
286  *      less than the actual length of 'A'.)
287  *
288  * @len_counts
289  *      An array of length ('max_codeword_len' + 1) in which the number of
290  *      codewords having each length <= max_codeword_len will be
291  *      returned.
292  *
293  * @max_codeword_len
294  *      The maximum permissible codeword length.
295  */
296 static void
297 compute_length_counts(u32 A[restrict], unsigned root_idx,
298                       unsigned len_counts[restrict], unsigned max_codeword_len)
299 {
300         /* The key observations are:
301          *
302          * (1) We can traverse the non-leaf nodes of the tree, always
303          * visiting a parent before its children, by simply iterating
304          * through the array in reverse order.  Consequently, we can
305          * compute the depth of each node in one pass, overwriting the
306          * parent indices with depths.
307          *
308          * (2) We can initially assume that in the real Huffman tree,
309          * both children of the root are leaves.  This corresponds to two
310          * codewords of length 1.  Then, whenever we visit a (non-leaf)
311          * node during the traversal, we modify this assumption to
312          * account for the current node *not* being a leaf, but rather
313          * its two children being leaves.  This causes the loss of one
314          * codeword for the current depth and the addition of two
315          * codewords for the current depth plus one.
316          *
317          * (3) We can handle the length-limited constraint fairly easily
318          * by simply using the largest length available when a depth
319          * exceeds max_codeword_len.
320          */
321
322         for (unsigned len = 0; len <= max_codeword_len; len++)
323                 len_counts[len] = 0;
324         len_counts[1] = 2;
325
326         /* Set the root node's depth to 0.  */
327         A[root_idx] &= SYMBOL_MASK;
328
329         for (int node = root_idx - 1; node >= 0; node--) {
330
331                 /* Calculate the depth of this node.  */
332
333                 unsigned parent = A[node] >> NUM_SYMBOL_BITS;
334                 unsigned parent_depth = A[parent] >> NUM_SYMBOL_BITS;
335                 unsigned depth = parent_depth + 1;
336                 unsigned len = depth;
337
338                 /* Set the depth of this node so that it is available
339                  * when its children (if any) are processed.  */
340
341                 A[node] = (A[node] & SYMBOL_MASK) | (depth << NUM_SYMBOL_BITS);
342
343                 /* If needed, decrease the length to meet the
344                  * length-limited constraint.  This is not the optimal
345                  * method for generating length-limited Huffman codes!
346                  * But it should be good enough.  */
347                 if (len >= max_codeword_len) {
348                         len = max_codeword_len;
349                         do {
350                                 len--;
351                         } while (len_counts[len] == 0);
352                 }
353
354                 /* Account for the fact that we have a non-leaf node at
355                  * the current depth.  */
356                 len_counts[len]--;
357                 len_counts[len + 1] += 2;
358         }
359 }
360
361 /*
362  * Generate the codewords for a canonical Huffman code.
363  *
364  * @A
365  *      The output array for codewords.  In addition, initially this
366  *      array must contain the symbols, sorted primarily by frequency and
367  *      secondarily by symbol value, in the low NUM_SYMBOL_BITS bits of
368  *      each entry.
369  *
370  * @len
371  *      Output array for codeword lengths.
372  *
373  * @len_counts
374  *      An array that provides the number of codewords that will have
375  *      each possible length <= max_codeword_len.
376  *
377  * @max_codeword_len
378  *      Maximum length, in bits, of each codeword.
379  *
380  * @num_syms
381  *      Number of symbols in the alphabet, including symbols with zero
382  *      frequency.  This is the length of the 'A' and 'len' arrays.
383  */
384 static void
385 gen_codewords(u32 A[restrict], u8 lens[restrict],
386               const unsigned len_counts[restrict],
387               unsigned max_codeword_len, unsigned num_syms)
388 {
389         u32 next_codewords[max_codeword_len + 1];
390
391         /* Given the number of codewords that will have each length,
392          * assign codeword lengths to symbols.  We do this by assigning
393          * the lengths in decreasing order to the symbols sorted
394          * primarily by increasing frequency and secondarily by
395          * increasing symbol value.  */
396         for (unsigned i = 0, len = max_codeword_len; len >= 1; len--) {
397                 unsigned count = len_counts[len];
398                 while (count--)
399                         lens[A[i++] & SYMBOL_MASK] = len;
400         }
401
402         /* Generate the codewords themselves.  We initialize the
403          * 'next_codewords' array to provide the lexicographically first
404          * codeword of each length, then assign codewords in symbol
405          * order.  This produces a canonical code.  */
406         next_codewords[0] = 0;
407         next_codewords[1] = 0;
408         for (unsigned len = 2; len <= max_codeword_len; len++)
409                 next_codewords[len] =
410                         (next_codewords[len - 1] + len_counts[len - 1]) << 1;
411
412         for (unsigned sym = 0; sym < num_syms; sym++)
413                 A[sym] = next_codewords[lens[sym]]++;
414 }
415
416 /*
417  * ---------------------------------------------------------------------
418  *                      make_canonical_huffman_code()
419  * ---------------------------------------------------------------------
420  *
421  * Given an alphabet and the frequency of each symbol in it, construct a
422  * length-limited canonical Huffman code.
423  *
424  * @num_syms
425  *      The number of symbols in the alphabet.  The symbols are the
426  *      integers in the range [0, num_syms - 1].  This parameter must be
427  *      at least 2 and can't be greater than (1 << NUM_SYMBOL_BITS).
428  *
429  * @max_codeword_len
430  *      The maximum permissible codeword length.
431  *
432  * @freqs
433  *      An array of @num_syms entries, each of which specifies the
434  *      frequency of the corresponding symbol.  It is valid for some,
435  *      none, or all of the frequencies to be 0.
436  *
437  * @lens
438  *      An array of @num_syms entries in which this function will return
439  *      the length, in bits, of the codeword assigned to each symbol.
440  *      Symbols with 0 frequency will not have codewords per se, but
441  *      their entries in this array will be set to 0.  No lengths greater
442  *      than @max_codeword_len will be assigned.
443  *
444  * @codewords
445  *      An array of @num_syms entries in which this function will return
446  *      the codeword for each symbol, right-justified and padded on the
447  *      left with zeroes.  Codewords for symbols with 0 frequency will be
448  *      undefined.
449  *
450  * ---------------------------------------------------------------------
451  *
452  * This function builds a length-limited canonical Huffman code.
453  *
454  * A length-limited Huffman code contains no codewords longer than some
455  * specified length, and has exactly (with some algorithms) or
456  * approximately (with the algorithm used here) the minimum weighted path
457  * length from the root, given this constraint.
458  *
459  * A canonical Huffman code satisfies the properties that a longer
460  * codeword never lexicographically precedes a shorter codeword, and the
461  * lexicographic ordering of codewords of the same length is the same as
462  * the lexicographic ordering of the corresponding symbols.  A canonical
463  * Huffman code, or more generally a canonical prefix code, can be
464  * reconstructed from only a list containing the codeword length of each
465  * symbol.
466  *
467  * The classic algorithm to generate a Huffman code creates a node for
468  * each symbol, then inserts these nodes into a min-heap keyed by symbol
469  * frequency.  Then, repeatedly, the two lowest-frequency nodes are
470  * removed from the min-heap and added as the children of a new node
471  * having frequency equal to the sum of its two children, which is then
472  * inserted into the min-heap.  When only a single node remains in the
473  * min-heap, it is the root of the Huffman tree.  The codeword for each
474  * symbol is determined by the path needed to reach the corresponding
475  * node from the root.  Descending to the left child appends a 0 bit,
476  * whereas descending to the right child appends a 1 bit.
477  *
478  * The classic algorithm is relatively easy to understand, but it is
479  * subject to a number of inefficiencies.  In practice, it is fastest to
480  * first sort the symbols by frequency.  (This itself can be subject to
481  * an optimization based on the fact that most frequencies tend to be
482  * low.)  At the same time, we sort secondarily by symbol value, which
483  * aids the process of generating a canonical code.  Then, during tree
484  * construction, no heap is necessary because both the leaf nodes and the
485  * unparented non-leaf nodes can be easily maintained in sorted order.
486  * Consequently, there can never be more than two possibilities for the
487  * next-lowest-frequency node.
488  *
489  * In addition, because we're generating a canonical code, we actually
490  * don't need the leaf nodes of the tree at all, only the non-leaf nodes.
491  * This is because for canonical code generation we don't need to know
492  * where the symbols are in the tree.  Rather, we only need to know how
493  * many leaf nodes have each depth (codeword length).  And this
494  * information can, in fact, be quickly generated from the tree of
495  * non-leaves only.
496  *
497  * Furthermore, we can build this stripped-down Huffman tree directly in
498  * the array in which the codewords are to be generated, provided that
499  * these array slots are large enough to hold a symbol and frequency
500  * value.
501  *
502  * Still furthermore, we don't even need to maintain explicit child
503  * pointers.  We only need the parent pointers, and even those can be
504  * overwritten in-place with depth information as part of the process of
505  * extracting codeword lengths from the tree.  So in summary, we do NOT
506  * need a big structure like:
507  *
508  *      struct huffman_tree_node {
509  *              unsigned int symbol;
510  *              unsigned int frequency;
511  *              unsigned int depth;
512  *              struct huffman_tree_node *left_child;
513  *              struct huffman_tree_node *right_child;
514  *      };
515  *
516  *
517  *   ... which often gets used in "naive" implementations of Huffman code
518  *   generation.
519  *
520  * Most of these optimizations are based on the implementation in 7-Zip
521  * (source file: C/HuffEnc.c), which has been placed in the public domain
522  * by Igor Pavlov.  But I've rewritten the code with extensive comments,
523  * as it took me a while to figure out what it was doing...!
524  *
525  * ---------------------------------------------------------------------
526  *
527  * NOTE: in general, the same frequencies can be used to generate
528  * different length-limited canonical Huffman codes.  One choice we have
529  * is during tree construction, when we must decide whether to prefer a
530  * leaf or non-leaf when there is a tie in frequency.  Another choice we
531  * have is how to deal with codewords that would exceed @max_codeword_len
532  * bits in length.  Both of these choices affect the resulting codeword
533  * lengths, which otherwise can be mapped uniquely onto the resulting
534  * canonical Huffman code.
535  *
536  * Normally, there is no problem with choosing one valid code over
537  * another, provided that they produce similar compression ratios.
538  * However, the LZMS compression format uses adaptive Huffman coding.  It
539  * requires that both the decompressor and compressor build a canonical
540  * code equivalent to that which can be generated by using the classic
541  * Huffman tree construction algorithm and always processing leaves
542  * before non-leaves when there is a frequency tie.  Therefore, we make
543  * sure to do this.  This method also has the advantage of sometimes
544  * shortening the longest codeword that is generated.
545  *
546  * There also is the issue of how codewords longer than @max_codeword_len
547  * are dealt with.  Fortunately, for LZMS this is irrelevant because
548  * because for the LZMS alphabets no codeword can ever exceed
549  * LZMS_MAX_CODEWORD_LEN (= 15).  Since the LZMS algorithm regularly
550  * halves all frequencies, the frequencies cannot become high enough for
551  * a length 16 codeword to be generated.  Specifically, I think that if
552  * ties are broken in favor of non-leaves (as we do), the lowest total
553  * frequency that would give a length-16 codeword would be the sum of the
554  * frequencies 1 1 1 3 4 7 11 18 29 47 76 123 199 322 521 843 1364, which
555  * is 3570.  And in LZMS we can't get a frequency that high based on the
556  * alphabet sizes, rebuild frequencies, and scaling factors.  This
557  * worst-case scenario is based on the following degenerate case (only
558  * the bottom of the tree shown):
559  *
560  *                          ...
561  *                        17
562  *                       /  \
563  *                      10   7
564  *                     / \
565  *                    6   4
566  *                   / \
567  *                  3   3
568  *                 / \
569  *                2   1
570  *               / \
571  *              1   1
572  *
573  * Excluding the first leaves (those with value 1), each leaf value must
574  * be greater than the non-leaf up 1 and down 2 from it; otherwise that
575  * leaf would have taken precedence over that non-leaf and been combined
576  * with the leaf below, thereby decreasing the height compared to that
577  * shown.
578  *
579  * Interesting fact: if we were to instead prioritize non-leaves over
580  * leaves, then the worst case frequencies would be the Fibonacci
581  * sequence, plus an extra frequency of 1.  In this hypothetical
582  * scenario, it would be slightly easier for longer codewords to be
583  * generated.
584  */
585 void
586 make_canonical_huffman_code(unsigned num_syms, unsigned max_codeword_len,
587                             const u32 freqs[restrict],
588                             u8 lens[restrict], u32 codewords[restrict])
589 {
590         u32 *A = codewords;
591         unsigned num_used_syms;
592
593         /* We begin by sorting the symbols primarily by frequency and
594          * secondarily by symbol value.  As an optimization, the array
595          * used for this purpose ('A') shares storage with the space in
596          * which we will eventually return the codewords.  */
597
598         num_used_syms = sort_symbols(num_syms, freqs, lens, A);
599
600         /* 'num_used_syms' is the number of symbols with nonzero
601          * frequency.  This may be less than @num_syms.  'num_used_syms'
602          * is also the number of entries in 'A' that are valid.  Each
603          * entry consists of a distinct symbol and a nonzero frequency
604          * packed into a 32-bit integer.  */
605
606         /* Handle special cases where only 0 or 1 symbols were used (had
607          * nonzero frequency).  */
608
609         if (unlikely(num_used_syms == 0)) {
610                 /* Code is empty.  sort_symbols() already set all lengths
611                  * to 0, so there is nothing more to do.  */
612                 return;
613         }
614
615         if (unlikely(num_used_syms == 1)) {
616                 /* Only one symbol was used, so we only need one
617                  * codeword.  But two codewords are needed to form the
618                  * smallest complete Huffman code, which uses codewords 0
619                  * and 1.  Therefore, we choose another symbol to which
620                  * to assign a codeword.  We use 0 (if the used symbol is
621                  * not 0) or 1 (if the used symbol is 0).  In either
622                  * case, the lesser-valued symbol must be assigned
623                  * codeword 0 so that the resulting code is canonical.  */
624
625                 unsigned sym = A[0] & SYMBOL_MASK;
626                 unsigned nonzero_idx = sym ? sym : 1;
627
628                 codewords[0] = 0;
629                 lens[0] = 1;
630                 codewords[nonzero_idx] = 1;
631                 lens[nonzero_idx] = 1;
632                 return;
633         }
634
635         /* Build a stripped-down version of the Huffman tree, sharing the
636          * array 'A' with the symbol values.  Then extract length counts
637          * from the tree and use them to generate the final codewords.  */
638
639         build_tree(A, num_used_syms);
640
641         {
642                 unsigned len_counts[max_codeword_len + 1];
643
644                 compute_length_counts(A, num_used_syms - 2,
645                                       len_counts, max_codeword_len);
646
647                 gen_codewords(A, lens, len_counts, max_codeword_len, num_syms);
648         }
649 }