]> wimlib.net Git - wimlib/blobdiff - src/lzx-compress.c
lzx-compress.c: Minor cleanups
[wimlib] / src / lzx-compress.c
index 2cce4441708e5027632ac60c2226a3d56ee5df68..cdbb63699004edbed7066f9344f6d1c6f30207d2 100644 (file)
@@ -1,11 +1,9 @@
 /*
  * lzx-compress.c
- *
- * LZX compression routines
  */
 
 /*
- * Copyright (C) 2012, 2013 Eric Biggers
+ * Copyright (C) 2012, 2013, 2014 Eric Biggers
  *
  * This file is part of wimlib, a library for working with WIM files.
  *
 
 
 /*
- * This file contains a compressor for the LZX compression format, as used in
- * the WIM file format.
+ * This file contains a compressor for the LZX ("Lempel-Ziv eXtended"?)
+ * compression format, as used in the WIM (Windows IMaging) file format.  This
+ * code may need some slight modifications to be used outside of the WIM format.
+ * In particular, in other situations the LZX block header might be slightly
+ * different, and a sliding window rather than a fixed-size window might be
+ * required.
  *
- * Format
- * ======
+ * ----------------------------------------------------------------------------
  *
- * First, the primary reference for the LZX compression format is the
- * specification released by Microsoft.
+ *                              Format Overview
  *
- * Second, the comments in lzx-decompress.c provide some more information about
- * the LZX compression format, including errors in the Microsoft specification.
+ * The primary reference for LZX is the specification released by Microsoft.
+ * However, the comments in lzx-decompress.c provide more information about LZX
+ * and note some errors in the Microsoft specification.
  *
- * Do note that LZX shares many similarities with DEFLATE, the algorithm used by
- * zlib and gzip.  Both LZX and DEFLATE use LZ77 matching and Huffman coding,
- * and certain other details are quite similar, such as the method for storing
- * Huffman codes.  However, some of the main differences are:
+ * LZX shares many similarities with DEFLATE, the format used by zlib and gzip.
+ * Both LZX and DEFLATE use LZ77 matching and Huffman coding.  Certain details
+ * are quite similar, such as the method for storing Huffman codes.  However,
+ * the main differences are:
  *
  * - LZX preprocesses the data to attempt to make x86 machine code slightly more
  *   compressible before attempting to compress it further.
+ *
  * - LZX uses a "main" alphabet which combines literals and matches, with the
  *   match symbols containing a "length header" (giving all or part of the match
  *   length) and a "position slot" (giving, roughly speaking, the order of
  *   magnitude of the match offset).
- * - LZX does not have static Huffman blocks; however it does have two types of
- *   dynamic Huffman blocks ("aligned offset" and "verbatim").
+ *
+ * - LZX does not have static Huffman blocks (that is, the kind with preset
+ *   Huffman codes); however it does have two types of dynamic Huffman blocks
+ *   ("verbatim" and "aligned").
+ *
  * - LZX has a minimum match length of 2 rather than 3.
+ *
  * - In LZX, match offsets 0 through 2 actually represent entries in an LRU
  *   queue of match offsets.  This is very useful for certain types of files,
  *   such as binary files that have repeating records.
  *
- * Algorithms
- * ==========
+ * ----------------------------------------------------------------------------
+ *
+ *                           Algorithmic Overview
  *
- * There are actually two distinct overall algorithms implemented here.  We
- * shall refer to them as the "slow" algorithm and the "fast" algorithm.  The
- * "slow" algorithm spends more time compressing to achieve a higher compression
- * ratio compared to the "fast" algorithm.  More details are presented below.
+ * At a high level, any implementation of LZX compression must operate as
+ * follows:
  *
- * Slow algorithm
- * --------------
+ * 1. Preprocess the input data to translate the targets of 32-bit x86 call
+ *    instructions to absolute offsets.  (Actually, this is required for WIM,
+ *    but might not be in other places LZX is used.)
  *
- * The "slow" algorithm to generate LZX-compressed data is roughly as follows:
+ * 2. Find a sequence of LZ77-style matches and literal bytes that expands to
+ *    the preprocessed data.
  *
- * 1. Preprocess the input data to translate the targets of x86 call
- *    instructions to absolute offsets.
+ * 3. Divide the match/literal sequence into one or more LZX blocks, each of
+ *    which may be "uncompressed", "verbatim", or "aligned".
  *
- * 2. Build the suffix array and inverse suffix array for the input data.  The
- *    suffix array contains the indices of all suffixes of the input data,
- *    sorted lexcographically by the corresponding suffixes.  The "position" of
- *    a suffix is the index of that suffix in the original string, whereas the
- *    "rank" of a suffix is the index at which that suffix's position is found
- *    in the suffix array.
+ * 4. Output each LZX block.
  *
- * 3. Build the longest common prefix array corresponding to the suffix array.
+ * Step (1) is fairly straightforward.  It requires looking for 0xe8 bytes in
+ * the input data and performing a translation on the 4 bytes following each
+ * one.
  *
- * 4. For each suffix, find the highest lower ranked suffix that has a lower
- *    position, the lowest higher ranked suffix that has a lower position, and
- *    the length of the common prefix shared between each.   This information is
- *    later used to link suffix ranks into a doubly-linked list for searching
- *    the suffix array.
+ * Step (4) is complicated, but it is mostly determined by the LZX format.  The
+ * only real choice we have is what algorithm to use to build the length-limited
+ * canonical Huffman codes.  See lzx_write_all_blocks() for details.
  *
- * 5. Set a default cost model for matches/literals.
+ * That leaves steps (2) and (3) as where all the hard stuff happens.  Focusing
+ * on step (2), we need to do LZ77-style parsing on the input data, or "window",
+ * to divide it into a sequence of matches and literals.  Each position in the
+ * window might have multiple matches associated with it, and we need to choose
+ * which one, if any, to actually use.  Therefore, the problem can really be
+ * divided into two areas of concern: (a) finding matches at a given position,
+ * which we shall call "match-finding", and (b) choosing whether to use a
+ * match or a literal at a given position, and if using a match, which one (if
+ * there is more than one available).  We shall call this "match-choosing".  We
+ * first consider match-finding, then match-choosing.
  *
- * 6. Determine the lowest cost sequence of LZ77 matches ((offset, length)
- *    pairs) and literal bytes to divide the input into.  Raw match-finding is
- *    done by searching the suffix array using a linked list to avoid
- *    considering any suffixes that start after the current position.  Each run
- *    of the match-finder returns the approximate lowest-cost longest match as
- *    well as any shorter matches that have even lower approximate costs.  Each
- *    such run also adds the suffix rank of the current position into the linked
- *    list being used to search the suffix array.  Parsing, or match-choosing,
- *    is solved as a minimum-cost path problem using a forward "optimal parsing"
- *    algorithm based on the Deflate encoder from 7-Zip.  This algorithm moves
- *    forward calculating the minimum cost to reach each byte until either a
- *    very long match is found or until a position is found at which no matches
- *    start or overlap.
+ * ----------------------------------------------------------------------------
  *
- * 7. Build the Huffman codes needed to output the matches/literals.
+ *                              Match-finding
  *
- * 8. Up to a certain number of iterations, use the resulting Huffman codes to
- *    refine a cost model and go back to Step #6 to determine an improved
- *    sequence of matches and literals.
+ * Given a position in the window, we want to find LZ77-style "matches" with
+ * that position at previous positions in the window.  With LZX, the minimum
+ * match length is 2 and the maximum match length is 257.  The only restriction
+ * on offsets is that LZX does not allow the last 2 bytes of the window to match
+ * the the beginning of the window.
  *
- * 9. Output the resulting block using the match/literal sequences and the
- *    Huffman codes that were computed for the block.
+ * Depending on how good a compression ratio we want (see the "Match-choosing"
+ * section), we may want to find: (a) all matches, or (b) just the longest
+ * match, or (c) just some "promising" matches that we are able to find quickly,
+ * or (d) just the longest match that we're able to find quickly.  Below we
+ * introduce the match-finding methods that the code currently uses or has
+ * previously used:
  *
- * Note: the algorithm does not yet attempt to split the input into multiple LZX
- * blocks, instead using a series of blocks of LZX_DIV_BLOCK_SIZE bytes.
+ * - Hash chains.  Maintain a table that maps hash codes, computed from
+ *   fixed-length byte sequences, to linked lists containing previous window
+ *   positions.  To search for matches, compute the hash for the current
+ *   position in the window and search the appropriate hash chain.  When
+ *   advancing to the next position, prepend the current position to the
+ *   appropriate hash list.  This is a good approach for producing matches with
+ *   stategy (d) and is useful for fast compression.  Therefore, we provide an
+ *   option to use this method for LZX compression.  See lz_hash.c for the
+ *   implementation.
  *
- * Fast algorithm
- * --------------
+ * - Binary trees.  Similar to hash chains, but each hash bucket contains a
+ *   binary tree of previous window positions rather than a linked list.  This
+ *   is a good approach for producing matches with stategy (c) and is useful for
+ *   achieving a good compression ratio.  Therefore, we provide an option to use
+ *   this method; see lz_bt.c for the implementation.
  *
- * The fast algorithm (and the only one available in wimlib v1.5.1 and earlier)
- * spends much less time on the main bottlenecks of the compression process ---
- * that is, the match finding and match choosing.  Matches are found and chosen
- * with hash chains using a greedy parse with one position of look-ahead.  No
- * block splitting is done; only compressing the full input into an aligned
- * offset block is considered.
+ * - Suffix arrays.  This code previously used this method to produce matches
+ *   with stategy (c), but I've dropped it because it was slower than the binary
+ *   trees approach, used more memory, and did not improve the compression ratio
+ *   enough to compensate.  Download wimlib v1.6.2 if you want the code.
+ *   However, the suffix array method was basically as follows.  Build the
+ *   suffix array for the entire window.  The suffix array contains each
+ *   possible window position, sorted by the lexicographic order of the strings
+ *   that begin at those positions.  Find the matches at a given position by
+ *   searching the suffix array outwards, in both directions, from the suffix
+ *   array slot for that position.  This produces the longest matches first, but
+ *   "matches" that actually occur at later positions in the window must be
+ *   skipped.  To do this skipping, use an auxiliary array with dynamically
+ *   constructed linked lists.  Also, use the inverse suffix array to quickly
+ *   find the suffix array slot for a given position without doing a binary
+ *   search.
  *
- * Acknowledgments
- * ===============
+ * ----------------------------------------------------------------------------
  *
- * Acknowledgments to several open-source projects and research papers that made
- * it possible to implement this code:
+ *                              Match-choosing
  *
- * - divsufsort (author: Yuta Mori), for the suffix array construction code,
- *   located in a separate directory (divsufsort/).
+ * Usually, choosing the longest match is best because it encodes the most data
+ * in that one item.  However, sometimes the longest match is not optimal
+ * because (a) choosing a long match now might prevent using an even longer
+ * match later, or (b) more generally, what we actually care about is the number
+ * of bits it will ultimately take to output each match or literal, which is
+ * actually dependent on the entropy encoding using by the underlying
+ * compression format.  Consequently, a longer match usually, but not always,
+ * takes fewer bits to encode than multiple shorter matches or literals that
+ * cover the same data.
  *
- * - "Linear-Time Longest-Common-Prefix Computation in Suffix Arrays and Its
- *   Applications" (Kasai et al. 2001), for the LCP array computation.
+ * This problem of choosing the truly best match/literal sequence is probably
+ * impossible to solve efficiently when combined with entropy encoding.  If we
+ * knew how many bits it takes to output each match/literal, then we could
+ * choose the optimal sequence using shortest-path search a la Dijkstra's
+ * algorithm.  However, with entropy encoding, the chosen match/literal sequence
+ * affects its own encoding.  Therefore, we can't know how many bits it will
+ * take to actually output any one match or literal until we have actually
+ * chosen the full sequence of matches and literals.
  *
- * - "LPF computation revisited" (Crochemore et al. 2009) for the prev and next
- *   array computations.
+ * Notwithstanding the entropy encoding problem, we also aren't guaranteed to
+ * choose the optimal match/literal sequence unless the match-finder (see
+ * section "Match-finder") provides the match-chooser with all possible matches
+ * at each position.  However, this is not computationally efficient.  For
+ * example, there might be many matches of the same length, and usually (but not
+ * always) the best choice is the one with the smallest offset.  So in practice,
+ * it's fine to only consider the smallest offset for a given match length at a
+ * given position.  (Actually, for LZX, it's also worth considering repeat
+ * offsets.)
  *
- * - 7-Zip (author: Igor Pavlov) for the algorithm for forward optimal parsing
- *   (match-choosing).
+ * In addition, as mentioned earlier, in LZX we have the choice of using
+ * multiple blocks, each of which resets the Huffman codes.  This expands the
+ * search space even further.  Therefore, to simplify the problem, we currently
+ * we don't attempt to actually choose the LZX blocks based on the data.
+ * Instead, we just divide the data into fixed-size blocks of LZX_DIV_BLOCK_SIZE
+ * bytes each, and always use verbatim or aligned blocks (never uncompressed).
+ * A previous version of this code recursively split the input data into
+ * equal-sized blocks, up to a maximum depth, and chose the lowest-cost block
+ * divisions.  However, this made compression much slower and did not actually
+ * help very much.  It remains an open question whether a sufficiently fast and
+ * useful block-splitting algorithm is possible for LZX.  Essentially the same
+ * problem also applies to DEFLATE.  The Microsoft LZX compressor seemingly does
+ * do block splitting, although I don't know how fast or useful it is,
+ * specifically.
  *
- * - zlib (author: Jean-loup Gailly and Mark Adler), for the hash table
- *   match-finding algorithm (used in lz77.c).
+ * Now, back to the entropy encoding problem.  The "solution" is to use an
+ * iterative approach to compute a good, but not necessarily optimal,
+ * match/literal sequence.  Start with a fixed assignment of symbol costs and
+ * choose an "optimal" match/literal sequence based on those costs, using
+ * shortest-path seach a la Dijkstra's algorithm.  Then, for each iteration of
+ * the optimization, update the costs based on the entropy encoding of the
+ * current match/literal sequence, then choose a new match/literal sequence
+ * based on the updated costs.  Usually, the actual cost to output the current
+ * match/literal sequence will decrease in each iteration until it converges on
+ * a fixed point.  This result may not be the truly optimal match/literal
+ * sequence, but it usually is much better than one chosen by doing a "greedy"
+ * parse where we always chooe the longest match.
  *
- * - lzx-compress (author: Matthew T. Russotto), on which some parts of this
- *   code were originally based.
+ * An alternative to both greedy parsing and iterative, near-optimal parsing is
+ * "lazy" parsing.  Briefly, "lazy" parsing considers just the longest match at
+ * each position, but it waits to choose that match until it has also examined
+ * the next position.  This is actually a useful approach; it's used by zlib,
+ * for example.  Therefore, for fast compression we combine lazy parsing with
+ * the hash chain max-finder.  For normal/high compression we combine
+ * near-optimal parsing with the binary tree match-finder.
+ *
+ * Anyway, if you've read through this comment, you hopefully should have a
+ * better idea of why things are done in a certain way in this LZX compressor,
+ * as well as in other compressors for LZ77-based formats (including third-party
+ * ones).  In my opinion, the phrase "compression algorithm" is often mis-used
+ * in place of "compression format",  since there can be many different
+ * algorithms that all generate compressed data in the same format.  The
+ * challenge is to design an algorithm that is efficient but still gives a good
+ * compression ratio.
  */
 
 #ifdef HAVE_CONFIG_H
 #include "wimlib/compress_common.h"
 #include "wimlib/endianness.h"
 #include "wimlib/error.h"
+#include "wimlib/lz.h"
 #include "wimlib/lz_hash.h"
-#include "wimlib/lz_sarray.h"
+#include "wimlib/lz_bt.h"
 #include "wimlib/lzx.h"
 #include "wimlib/util.h"
-#include <pthread.h>
-#include <math.h>
 #include <string.h>
 
 #ifdef ENABLE_LZX_DEBUG
 #  include "wimlib/decompress_common.h"
 #endif
 
-typedef u32 block_cost_t;
-#define INFINITE_BLOCK_COST    (~(block_cost_t)0)
-
 #define LZX_OPTIM_ARRAY_SIZE   4096
 
 #define LZX_DIV_BLOCK_SIZE     32768
 
-#define LZX_MAX_CACHE_PER_POS  10
+#define LZX_CACHE_PER_POS      8
+
+#define LZX_CACHE_LEN (LZX_DIV_BLOCK_SIZE * (LZX_CACHE_PER_POS + 1))
+#define LZX_CACHE_SIZE (LZX_CACHE_LEN * sizeof(struct lz_match))
+#define LZX_MAX_MATCHES_PER_POS (LZX_MAX_MATCH_LEN - LZX_MIN_MATCH_LEN + 1)
 
 /* Codewords for the LZX main, length, and aligned offset Huffman codes  */
 struct lzx_codewords {
-       u16 main[LZX_MAINCODE_MAX_NUM_SYMBOLS];
-       u16 len[LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS];
-       u16 aligned[LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 main[LZX_MAINCODE_MAX_NUM_SYMBOLS];
+       u32 len[LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 aligned[LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS];
 };
 
 /* Codeword lengths (in bits) for the LZX main, length, and aligned offset
@@ -201,7 +279,7 @@ struct lzx_lens {
  *
  * If a codeword has zero frequency, it must still be assigned some nonzero cost
  * --- generally a high cost, since even if it gets used in the next iteration,
- * it probably will not be used very times.  */
+ * it probably will not be used very many times.  */
 struct lzx_costs {
        u8 main[LZX_MAINCODE_MAX_NUM_SYMBOLS];
        u8 len[LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS];
@@ -216,13 +294,13 @@ struct lzx_codes {
 
 /* Tables for tallying symbol frequencies in the three LZX alphabets  */
 struct lzx_freqs {
-       input_idx_t main[LZX_MAINCODE_MAX_NUM_SYMBOLS];
-       input_idx_t len[LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS];
-       input_idx_t aligned[LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 main[LZX_MAINCODE_MAX_NUM_SYMBOLS];
+       u32 len[LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 aligned[LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS];
 };
 
 /* LZX intermediate match/literal format  */
-struct lzx_match {
+struct lzx_item {
        /* Bit     Description
         *
         * 31      1 if a match, 0 if a literal.
@@ -247,29 +325,21 @@ struct lzx_block_spec {
        int block_type;
 
        /* 0-based position in the window at which this block starts.  */
-       input_idx_t window_pos;
+       u32 window_pos;
 
        /* The number of bytes of uncompressed data this block represents.  */
-       input_idx_t block_size;
+       u32 block_size;
 
-       /* The position in the 'chosen_matches' array in the `struct
-        * lzx_compressor' at which the match/literal specifications for
-        * this block begin.  */
-       input_idx_t chosen_matches_start_pos;
+       /* The match/literal sequence for this block.  */
+       struct lzx_item *chosen_items;
 
-       /* The number of match/literal specifications for this block.  */
-       input_idx_t num_chosen_matches;
+       /* The length of the @chosen_items sequence.  */
+       u32 num_chosen_items;
 
        /* Huffman codes for this block.  */
        struct lzx_codes codes;
 };
 
-/* Include template for the match-choosing algorithm.  */
-#define LZ_COMPRESSOR          struct lzx_compressor
-#define LZ_ADAPTIVE_STATE      struct lzx_lru_queue
-struct lzx_compressor;
-#include "wimlib/lz_optimal.h"
-
 /* State of the LZX compressor.  */
 struct lzx_compressor {
 
@@ -287,16 +357,16 @@ struct lzx_compressor {
         * chunks.
         *
         * We reserve a few extra bytes to potentially allow reading off the end
-        * of the array in the match-finding code for optimization purposes.
-        */
+        * of the array in the match-finding code for optimization purposes
+        * (currently only needed for the hash chain match-finder).  */
        u8 *window;
 
        /* Number of bytes of data to be compressed, which is the number of
         * bytes of data in @window that are actually valid.  */
-       input_idx_t window_size;
+       u32 window_size;
 
        /* Allocated size of the @window.  */
-       input_idx_t max_window_size;
+       u32 max_window_size;
 
        /* Number of symbols in the main alphabet (depends on the
         * @max_window_size since it determines the maximum allowed offset).  */
@@ -307,7 +377,7 @@ struct lzx_compressor {
 
        /* Space for the sequences of matches/literals that were chosen for each
         * block.  */
-       struct lzx_match *chosen_matches;
+       struct lzx_item *chosen_items;
 
        /* Information about the LZX blocks the preprocessed input was divided
         * into.  */
@@ -327,41 +397,96 @@ struct lzx_compressor {
        struct lzx_costs costs;
 
        /* Fast algorithm only:  Array of hash table links.  */
-       input_idx_t *prev_tab;
+       u32 *prev_tab;
 
-       /* Slow algorithm only: Suffix array match-finder.  */
-       struct lz_sarray lz_sarray;
+       /* Slow algorithm only: Binary tree match-finder.  */
+       struct lz_bt mf;
 
        /* Position in window of next match to return.  */
-       input_idx_t match_window_pos;
+       u32 match_window_pos;
 
-       /* The match-finder shall ensure the length of matches does not exceed
-        * this position in the input.  */
-       input_idx_t match_window_end;
+       /* The end-of-block position.  We can't allow any matches to span this
+        * position.  */
+       u32 match_window_end;
 
        /* Matches found by the match-finder are cached in the following array
         * to achieve a slight speedup when the same matches are needed on
         * subsequent passes.  This is suboptimal because different matches may
         * be preferred with different cost models, but seems to be a worthwhile
         * speedup.  */
-       struct raw_match *cached_matches;
-       unsigned cached_matches_pos;
+       struct lz_match *cached_matches;
+       struct lz_match *cache_ptr;
        bool matches_cached;
+       struct lz_match *cache_limit;
+
+       /* Match-chooser state.
+        * When matches have been chosen, optimum_cur_idx is set to the position
+        * in the window of the next match/literal to return and optimum_end_idx
+        * is set to the position in the window at the end of the last
+        * match/literal to return.  */
+       struct lzx_mc_pos_data *optimum;
+       unsigned optimum_cur_idx;
+       unsigned optimum_end_idx;
+};
+
+/*
+ * Match chooser position data:
+ *
+ * An array of these structures is used during the match-choosing algorithm.
+ * They correspond to consecutive positions in the window and are used to keep
+ * track of the cost to reach each position, and the match/literal choices that
+ * need to be chosen to reach that position.
+ */
+struct lzx_mc_pos_data {
+       /* The approximate minimum cost, in bits, to reach this position in the
+        * window which has been found so far.  */
+       u32 cost;
+#define MC_INFINITE_COST ((u32)~0UL)
+
+       /* The union here is just for clarity, since the fields are used in two
+        * slightly different ways.  Initially, the @prev structure is filled in
+        * first, and links go from later in the window to earlier in the
+        * window.  Later, @next structure is filled in and links go from
+        * earlier in the window to later in the window.  */
+       union {
+               struct {
+                       /* Position of the start of the match or literal that
+                        * was taken to get to this position in the approximate
+                        * minimum-cost parse.  */
+                       u32 link;
+
+                       /* Offset (as in an LZ (length, offset) pair) of the
+                        * match or literal that was taken to get to this
+                        * position in the approximate minimum-cost parse.  */
+                       u32 match_offset;
+               } prev;
+               struct {
+                       /* Position at which the match or literal starting at
+                        * this position ends in the minimum-cost parse.  */
+                       u32 link;
+
+                       /* Offset (as in an LZ (length, offset) pair) of the
+                        * match or literal starting at this position in the
+                        * approximate minimum-cost parse.  */
+                       u32 match_offset;
+               } next;
+       };
 
-       /* Match chooser.  */
-       struct lz_match_chooser mc;
+       /* Adaptive state that exists after an approximate minimum-cost path to
+        * reach this position is taken.  */
+       struct lzx_lru_queue queue;
 };
 
 /* Returns the LZX position slot that corresponds to a given match offset,
  * taking into account the recent offset queue and updating it if the offset is
  * found in it.  */
 static unsigned
-lzx_get_position_slot(unsigned offset, struct lzx_lru_queue *queue)
+lzx_get_position_slot(u32 offset, struct lzx_lru_queue *queue)
 {
        unsigned position_slot;
 
        /* See if the offset was recently used.  */
-       for (unsigned i = 0; i < LZX_NUM_RECENT_OFFSETS; i++) {
+       for (int i = 0; i < LZX_NUM_RECENT_OFFSETS; i++) {
                if (offset == queue->R[i]) {
                        /* Found it.  */
 
@@ -381,7 +506,7 @@ lzx_get_position_slot(unsigned offset, struct lzx_lru_queue *queue)
        position_slot = lzx_get_position_slot_raw(offset + LZX_OFFSET_OFFSET);
 
        /* Bring the new offset to the front of the queue.  */
-       for (unsigned i = LZX_NUM_RECENT_OFFSETS - 1; i > 0; i--)
+       for (int i = LZX_NUM_RECENT_OFFSETS - 1; i > 0; i--)
                queue->R[i] = queue->R[i - 1];
        queue->R[0] = offset;
 
@@ -417,17 +542,22 @@ lzx_make_huffman_codes(const struct lzx_freqs *freqs,
 }
 
 /*
- * Output an LZX match.
+ * Output a precomputed LZX match.
  *
- * @out:         The bitstream to write the match to.
- * @block_type:  The type of the LZX block (LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM)
- * @match:      The match.
- * @codes:      Pointer to a structure that contains the codewords for the
- *              main, length, and aligned offset Huffman codes.
+ * @out:
+ *     The bitstream to which to write the match.
+ * @block_type:
+ *     The type of the LZX block (LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or
+ *     LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM)
+ * @match:
+ *     The match, as a (length, offset) pair.
+ * @codes:
+ *     Pointer to a structure that contains the codewords for the main, length,
+ *     and aligned offset Huffman codes for the current LZX compressed block.
  */
 static void
 lzx_write_match(struct output_bitstream *out, int block_type,
-               struct lzx_match match, const struct lzx_codes *codes)
+               struct lzx_item match, const struct lzx_codes *codes)
 {
        /* low 8 bits are the match length minus 2 */
        unsigned match_len_minus_2 = match.data & 0xff;
@@ -453,9 +583,6 @@ lzx_write_match(struct output_bitstream *out, int block_type,
         * MIN_MATCH_LEN. */
        if (match_len_minus_2 < LZX_NUM_PRIMARY_LENS) {
                len_header = match_len_minus_2;
-               /* No length footer-- mark it with a special
-                * value. */
-               len_footer = (unsigned)(-1);
        } else {
                len_header = LZX_NUM_PRIMARY_LENS;
                len_footer = match_len_minus_2 - LZX_NUM_PRIMARY_LENS;
@@ -475,10 +602,9 @@ lzx_write_match(struct output_bitstream *out, int block_type,
 
        /* If there is a length footer, output it using the
         * length Huffman code. */
-       if (len_footer != (unsigned)(-1)) {
+       if (len_header == LZX_NUM_PRIMARY_LENS)
                bitstream_put_bits(out, codes->codewords.len[len_footer],
                                   codes->lens.len[len_footer]);
-       }
 
        num_extra_bits = lzx_get_num_extra_bits(position_slot);
 
@@ -503,14 +629,24 @@ lzx_write_match(struct output_bitstream *out, int block_type,
        }
 }
 
+/* Output an LZX literal (encoded with the main Huffman code).  */
+static void
+lzx_write_literal(struct output_bitstream *out, u8 literal,
+                 const struct lzx_codes *codes)
+{
+       bitstream_put_bits(out,
+                          codes->codewords.main[literal],
+                          codes->lens.main[literal]);
+}
+
 static unsigned
 lzx_build_precode(const u8 lens[restrict],
                  const u8 prev_lens[restrict],
                  const unsigned num_syms,
-                 input_idx_t precode_freqs[restrict LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS],
+                 u32 precode_freqs[restrict LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS],
                  u8 output_syms[restrict num_syms],
                  u8 precode_lens[restrict LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS],
-                 u16 precode_codewords[restrict LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS],
+                 u32 precode_codewords[restrict LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS],
                  unsigned *num_additional_bits_ret)
 {
        memset(precode_freqs, 0,
@@ -642,23 +778,33 @@ lzx_build_precode(const u8 lens[restrict],
 }
 
 /*
- * Writes a compressed Huffman code to the output, preceded by the precode for
- * it.
- *
- * The Huffman code is represented in the output as a series of path lengths
- * from which the canonical Huffman code can be reconstructed.  The path lengths
- * themselves are compressed using a separate Huffman code, the precode, which
- * consists of LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS (= 20) symbols that cover all possible
- * code lengths, plus extra codes for repeated lengths.  The path lengths of the
- * precode precede the path lengths of the larger code and are uncompressed,
- * consisting of 20 entries of 4 bits each.
- *
- * @out:               Bitstream to write the code to.
- * @lens:              The code lengths for the Huffman code, indexed by symbol.
- * @prev_lens:         Code lengths for this Huffman code, indexed by symbol,
- *                     in the *previous block*, or all zeroes if this is the
- *                     first block.
- * @num_syms:          The number of symbols in the code.
+ * Output a Huffman code in the compressed form used in LZX.
+ *
+ * The Huffman code is represented in the output as a logical series of codeword
+ * lengths from which the Huffman code, which must be in canonical form, can be
+ * reconstructed.
+ *
+ * The codeword lengths are themselves compressed using a separate Huffman code,
+ * the "precode", which contains a symbol for each possible codeword length in
+ * the larger code as well as several special symbols to represent repeated
+ * codeword lengths (a form of run-length encoding).  The precode is itself
+ * constructed in canonical form, and its codeword lengths are represented
+ * literally in 20 4-bit fields that immediately precede the compressed codeword
+ * lengths of the larger code.
+ *
+ * Furthermore, the codeword lengths of the larger code are actually represented
+ * as deltas from the codeword lengths of the corresponding code in the previous
+ * block.
+ *
+ * @out:
+ *     Bitstream to which to write the compressed Huffman code.
+ * @lens:
+ *     The codeword lengths, indexed by symbol, in the Huffman code.
+ * @prev_lens:
+ *     The codeword lengths, indexed by symbol, in the corresponding Huffman
+ *     code in the previous block, or all zeroes if this is the first block.
+ * @num_syms:
+ *     The number of symbols in the Huffman code.
  */
 static void
 lzx_write_compressed_code(struct output_bitstream *out,
@@ -666,10 +812,10 @@ lzx_write_compressed_code(struct output_bitstream *out,
                          const u8 prev_lens[restrict],
                          unsigned num_syms)
 {
-       input_idx_t precode_freqs[LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 precode_freqs[LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS];
        u8 output_syms[num_syms];
        u8 precode_lens[LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS];
-       u16 precode_codewords[LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS];
+       u32 precode_codewords[LZX_PRECODE_NUM_SYMBOLS];
        unsigned i;
        unsigned num_output_syms;
        u8 precode_sym;
@@ -717,43 +863,40 @@ lzx_write_compressed_code(struct output_bitstream *out,
 }
 
 /*
- * Writes all compressed matches and literal bytes in an LZX block to the the
- * output bitstream.
+ * Write all matches and literal bytes (which were precomputed) in an LZX
+ * compressed block to the output bitstream in the final compressed
+ * representation.
  *
  * @ostream
  *     The output bitstream.
  * @block_type
- *     The type of the block (LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM).
+ *     The chosen type of the LZX compressed block (LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or
+ *     LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM).
  * @match_tab
- *     The array of matches/literals that will be output (length @match_count).
+ *     The array of matches/literals to output.
  * @match_count
- *     Number of matches/literals to be output.
+ *     Number of matches/literals to output (length of @match_tab).
  * @codes
- *     Pointer to a structure that contains the codewords for the main, length,
- *     and aligned offset Huffman codes.
+ *     The main, length, and aligned offset Huffman codes for the current
+ *     LZX compressed block.
  */
 static void
 lzx_write_matches_and_literals(struct output_bitstream *ostream,
                               int block_type,
-                              const struct lzx_match match_tab[],
+                              const struct lzx_item match_tab[],
                               unsigned match_count,
                               const struct lzx_codes *codes)
 {
        for (unsigned i = 0; i < match_count; i++) {
-               struct lzx_match match = match_tab[i];
-
-               /* High bit of the match indicates whether the match is an
-                * actual match (1) or a literal uncompressed byte (0)  */
-               if (match.data & 0x80000000) {
-                       /* match */
-                       lzx_write_match(ostream, block_type,
-                                       match, codes);
-               } else {
-                       /* literal byte */
-                       bitstream_put_bits(ostream,
-                                          codes->codewords.main[match.data],
-                                          codes->lens.main[match.data]);
-               }
+               struct lzx_item match = match_tab[i];
+
+               /* The high bit of the 32-bit intermediate representation
+                * indicates whether the item is an actual LZ-style match (1) or
+                * a literal byte (0).  */
+               if (match.data & 0x80000000)
+                       lzx_write_match(ostream, block_type, match, codes);
+               else
+                       lzx_write_literal(ostream, match.data, codes);
        }
 }
 
@@ -800,8 +943,8 @@ lzx_write_compressed_block(int block_type,
                           unsigned block_size,
                           unsigned max_window_size,
                           unsigned num_main_syms,
-                          struct lzx_match * chosen_matches,
-                          unsigned num_chosen_matches,
+                          struct lzx_item * chosen_items,
+                          unsigned num_chosen_items,
                           const struct lzx_codes * codes,
                           const struct lzx_codes * prev_codes,
                           struct output_bitstream * ostream)
@@ -879,7 +1022,7 @@ lzx_write_compressed_block(int block_type,
 
        /* Write the actual matches and literals.  */
        lzx_write_matches_and_literals(ostream, block_type,
-                                      chosen_matches, num_chosen_matches,
+                                      chosen_items, num_chosen_items,
                                       codes);
 
        LZX_DEBUG("Done writing block.");
@@ -894,17 +1037,17 @@ lzx_write_all_blocks(struct lzx_compressor *ctx, struct output_bitstream *ostrea
        for (unsigned i = 0; i < ctx->num_blocks; i++) {
                const struct lzx_block_spec *spec = &ctx->block_specs[i];
 
-               LZX_DEBUG("Writing block %u/%u (type=%d, size=%u, num_chosen_matches=%u)...",
+               LZX_DEBUG("Writing block %u/%u (type=%d, size=%u, num_chosen_items=%u)...",
                          i + 1, ctx->num_blocks,
                          spec->block_type, spec->block_size,
-                         spec->num_chosen_matches);
+                         spec->num_chosen_items);
 
                lzx_write_compressed_block(spec->block_type,
                                           spec->block_size,
                                           ctx->max_window_size,
                                           ctx->num_main_syms,
-                                          &ctx->chosen_matches[spec->chosen_matches_start_pos],
-                                          spec->num_chosen_matches,
+                                          spec->chosen_items,
+                                          spec->num_chosen_items,
                                           &spec->codes,
                                           prev_codes,
                                           ostream);
@@ -915,7 +1058,7 @@ lzx_write_all_blocks(struct lzx_compressor *ctx, struct output_bitstream *ostrea
 
 /* Constructs an LZX match from a literal byte and updates the main code symbol
  * frequencies.  */
-static u32
+static inline u32
 lzx_tally_literal(u8 lit, struct lzx_freqs *freqs)
 {
        freqs->main[lit]++;
@@ -926,8 +1069,8 @@ lzx_tally_literal(u8 lit, struct lzx_freqs *freqs)
  * queue and the frequency of symbols in the main, length, and aligned offset
  * alphabets.  The return value is a 32-bit number that provides the match in an
  * intermediate representation documented below.  */
-static u32
-lzx_tally_match(unsigned match_len, unsigned match_offset,
+static inline u32
+lzx_tally_match(unsigned match_len, u32 match_offset,
                struct lzx_freqs *freqs, struct lzx_lru_queue *queue)
 {
        unsigned position_slot;
@@ -978,7 +1121,7 @@ lzx_tally_match(unsigned match_len, unsigned match_offset,
                freqs->aligned[position_footer & 7]++;
 
        /* Pack the position slot, position footer, and match length into an
-        * intermediate representation.  See `struct lzx_match' for details.
+        * intermediate representation.  See `struct lzx_item' for details.
         */
        LZX_ASSERT(LZX_MAX_POSITION_SLOTS <= 64);
        LZX_ASSERT(lzx_get_num_extra_bits(LZX_MAX_POSITION_SLOTS - 1) <= 17);
@@ -996,7 +1139,7 @@ lzx_tally_match(unsigned match_len, unsigned match_offset,
 struct lzx_record_ctx {
        struct lzx_freqs freqs;
        struct lzx_lru_queue queue;
-       struct lzx_match *matches;
+       struct lzx_item *matches;
 };
 
 static void
@@ -1017,7 +1160,7 @@ lzx_record_literal(u8 lit, void *_ctx)
 
 /* Returns the cost, in bits, to output a literal byte using the specified cost
  * model.  */
-static unsigned
+static u32
 lzx_literal_cost(u8 c, const struct lzx_costs * costs)
 {
        return costs->main[c];
@@ -1027,14 +1170,15 @@ lzx_literal_cost(u8 c, const struct lzx_costs * costs)
  * well as costs for the codewords in the main, length, and aligned Huffman
  * codes, return the approximate number of bits it will take to represent this
  * match in the compressed output.  Take into account the match offset LRU
- * queue and optionally update it.  */
-static unsigned
-lzx_match_cost(unsigned length, unsigned offset, const struct lzx_costs *costs,
+ * queue and also updates it.  */
+static u32
+lzx_match_cost(unsigned length, u32 offset, const struct lzx_costs *costs,
               struct lzx_lru_queue *queue)
 {
        unsigned position_slot;
        unsigned len_header, main_symbol;
-       unsigned cost = 0;
+       unsigned num_extra_bits;
+       u32 cost = 0;
 
        position_slot = lzx_get_position_slot(offset, queue);
 
@@ -1045,7 +1189,7 @@ lzx_match_cost(unsigned length, unsigned offset, const struct lzx_costs *costs,
        cost += costs->main[main_symbol];
 
        /* Account for extra position information.  */
-       unsigned num_extra_bits = lzx_get_num_extra_bits(position_slot);
+       num_extra_bits = lzx_get_num_extra_bits(position_slot);
        if (num_extra_bits >= 3) {
                cost += num_extra_bits - 3;
                cost += costs->aligned[(offset + LZX_OFFSET_OFFSET) & 7];
@@ -1061,23 +1205,6 @@ lzx_match_cost(unsigned length, unsigned offset, const struct lzx_costs *costs,
 
 }
 
-/* Fast heuristic cost evaluation to use in the inner loop of the match-finder.
- * Unlike lzx_match_cost() which does a true cost evaluation, this simply
- * prioritize matches based on their offset.  */
-static input_idx_t
-lzx_match_cost_fast(input_idx_t length, input_idx_t offset, const void *_queue)
-{
-       const struct lzx_lru_queue *queue = _queue;
-
-       /* It seems well worth it to take the time to give priority to recently
-        * used offsets.  */
-       for (input_idx_t i = 0; i < LZX_NUM_RECENT_OFFSETS; i++)
-               if (offset == queue->R[i])
-                       return i;
-
-       return offset;
-}
-
 /* Set the cost model @ctx->costs from the Huffman codeword lengths specified in
  * @lens.
  *
@@ -1115,74 +1242,65 @@ lzx_set_costs(struct lzx_compressor * ctx, const struct lzx_lens * lens)
        }
 }
 
-/* Tell the match-finder to skip the specified number of bytes (@n) in the
- * input.  */
-static void
-lzx_lz_skip_bytes(struct lzx_compressor *ctx, input_idx_t n)
+/* Retrieve a list of matches available at the next position in the input.
+ *
+ * A pointer to the matches array is written into @matches_ret, and the return
+ * value is the number of matches found.  */
+static unsigned
+lzx_get_matches(struct lzx_compressor *ctx,
+               const struct lz_match **matches_ret)
 {
-       LZX_ASSERT(n <= ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos);
-       if (ctx->matches_cached) {
-               ctx->match_window_pos += n;
-               while (n--) {
-                       ctx->cached_matches_pos +=
-                               ctx->cached_matches[ctx->cached_matches_pos].len + 1;
+       struct lz_match *cache_ptr;
+       struct lz_match *matches;
+       unsigned num_matches;
+
+       LZX_ASSERT(ctx->match_window_pos < ctx->match_window_end);
+
+       cache_ptr = ctx->cache_ptr;
+       matches = cache_ptr + 1;
+       if (likely(cache_ptr <= ctx->cache_limit)) {
+               if (ctx->matches_cached) {
+                       num_matches = cache_ptr->len;
+               } else {
+                       num_matches = lz_bt_get_matches(&ctx->mf, matches);
+                       cache_ptr->len = num_matches;
                }
        } else {
-               while (n--) {
-                       ctx->cached_matches[ctx->cached_matches_pos++].len = 0;
-                       lz_sarray_skip_position(&ctx->lz_sarray);
-                       ctx->match_window_pos++;
-               }
-               LZX_ASSERT(lz_sarray_get_pos(&ctx->lz_sarray) == ctx->match_window_pos);
+               num_matches = 0;
        }
-}
 
-/* Retrieve a list of matches available at the next position in the input.
- *
- * The matches are written to ctx->matches in decreasing order of length, and
- * the return value is the number of matches found.  */
-static u32
-lzx_lz_get_matches_caching(struct lzx_compressor *ctx,
-                          const struct lzx_lru_queue *queue,
-                          struct raw_match **matches_ret)
-{
-       u32 num_matches;
-       struct raw_match *matches;
+       /* Don't allow matches to span the end of an LZX block.  */
+       if (ctx->match_window_end < ctx->window_size && num_matches != 0) {
+               unsigned limit = ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos;
 
-       LZX_ASSERT(ctx->match_window_pos <= ctx->match_window_end);
+               if (limit >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
 
-       matches = &ctx->cached_matches[ctx->cached_matches_pos + 1];
+                       unsigned i = num_matches - 1;
+                       do {
+                               if (matches[i].len >= limit) {
+                                       matches[i].len = limit;
 
-       if (ctx->matches_cached) {
-               num_matches = matches[-1].len;
-       } else {
-               LZX_ASSERT(lz_sarray_get_pos(&ctx->lz_sarray) == ctx->match_window_pos);
-               num_matches = lz_sarray_get_matches(&ctx->lz_sarray,
-                                                   matches,
-                                                   lzx_match_cost_fast,
-                                                   queue);
-               matches[-1].len = num_matches;
+                                       /* Truncation might produce multiple
+                                        * matches with length 'limit'.  Keep at
+                                        * most 1.  */
+                                       num_matches = i + 1;
+                               }
+                       } while (i--);
+               } else {
+                       num_matches = 0;
+               }
+               cache_ptr->len = num_matches;
        }
-       ctx->cached_matches_pos += num_matches + 1;
-       *matches_ret = matches;
 
-       /* Cap the length of returned matches to the number of bytes remaining,
-        * if it is not the whole window.  */
-       if (ctx->match_window_end < ctx->window_size) {
-               unsigned maxlen = ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos;
-               for (u32 i = 0; i < num_matches; i++)
-                       if (matches[i].len > maxlen)
-                               matches[i].len = maxlen;
-       }
 #if 0
        fprintf(stderr, "Pos %u/%u: %u matches\n",
-               ctx->match_window_pos, ctx->match_window_end, num_matches);
+               ctx->match_window_pos, ctx->window_size, num_matches);
        for (unsigned i = 0; i < num_matches; i++)
                fprintf(stderr, "\tLen %u Offset %u\n", matches[i].len, matches[i].offset);
 #endif
 
 #ifdef ENABLE_LZX_DEBUG
-       for (u32 i = 0; i < num_matches; i++) {
+       for (unsigned i = 0; i < num_matches; i++) {
                LZX_ASSERT(matches[i].len >= LZX_MIN_MATCH_LEN);
                LZX_ASSERT(matches[i].len <= LZX_MAX_MATCH_LEN);
                LZX_ASSERT(matches[i].len <= ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos);
@@ -1191,70 +1309,522 @@ lzx_lz_get_matches_caching(struct lzx_compressor *ctx,
                LZX_ASSERT(!memcmp(&ctx->window[ctx->match_window_pos],
                                   &ctx->window[ctx->match_window_pos - matches[i].offset],
                                   matches[i].len));
+               if (i) {
+                       LZX_ASSERT(matches[i].len > matches[i - 1].len);
+                       LZX_ASSERT(matches[i].offset > matches[i - 1].offset);
+               }
        }
 #endif
-
        ctx->match_window_pos++;
+       ctx->cache_ptr = matches + num_matches;
+       *matches_ret = matches;
        return num_matches;
 }
 
-static u32
-lzx_get_prev_literal_cost(struct lzx_compressor *ctx,
-                         struct lzx_lru_queue *queue)
+static void
+lzx_skip_bytes(struct lzx_compressor *ctx, unsigned n)
 {
-       return lzx_literal_cost(ctx->window[ctx->match_window_pos - 1],
-                               &ctx->costs);
-}
+       struct lz_match *cache_ptr;
 
-static u32
-lzx_get_match_cost(struct lzx_compressor *ctx,
-                  struct lzx_lru_queue *queue,
-                  input_idx_t length, input_idx_t offset)
-{
-       return lzx_match_cost(length, offset, &ctx->costs, queue);
+       LZX_ASSERT(n <= ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos);
+
+       cache_ptr = ctx->cache_ptr;
+       ctx->match_window_pos += n;
+       if (ctx->matches_cached) {
+               while (n-- && cache_ptr <= ctx->cache_limit)
+                       cache_ptr += 1 + cache_ptr->len;
+       } else {
+               lz_bt_skip_positions(&ctx->mf, n);
+               while (n-- && cache_ptr <= ctx->cache_limit) {
+                       cache_ptr->len = 0;
+                       cache_ptr += 1;
+               }
+       }
+       ctx->cache_ptr = cache_ptr;
 }
 
-static struct raw_match
-lzx_lz_get_near_optimal_match(struct lzx_compressor *ctx)
+/*
+ * Reverse the linked list of near-optimal matches so that they can be returned
+ * in forwards order.
+ *
+ * Returns the first match in the list.
+ */
+static struct lz_match
+lzx_match_chooser_reverse_list(struct lzx_compressor *ctx, unsigned cur_pos)
 {
-       return lz_get_near_optimal_match(&ctx->mc,
-                                        lzx_lz_get_matches_caching,
-                                        lzx_lz_skip_bytes,
-                                        lzx_get_prev_literal_cost,
-                                        lzx_get_match_cost,
-                                        ctx,
-                                        &ctx->queue);
+       unsigned prev_link, saved_prev_link;
+       unsigned prev_match_offset, saved_prev_match_offset;
+
+       ctx->optimum_end_idx = cur_pos;
+
+       saved_prev_link = ctx->optimum[cur_pos].prev.link;
+       saved_prev_match_offset = ctx->optimum[cur_pos].prev.match_offset;
+
+       do {
+               prev_link = saved_prev_link;
+               prev_match_offset = saved_prev_match_offset;
+
+               saved_prev_link = ctx->optimum[prev_link].prev.link;
+               saved_prev_match_offset = ctx->optimum[prev_link].prev.match_offset;
+
+               ctx->optimum[prev_link].next.link = cur_pos;
+               ctx->optimum[prev_link].next.match_offset = prev_match_offset;
+
+               cur_pos = prev_link;
+       } while (cur_pos != 0);
+
+       ctx->optimum_cur_idx = ctx->optimum[0].next.link;
+
+       return (struct lz_match)
+               { .len = ctx->optimum_cur_idx,
+                 .offset = ctx->optimum[0].next.match_offset,
+               };
 }
 
 /*
- * Set default symbol costs.
+ * lzx_get_near_optimal_match() -
+ *
+ * Choose an approximately optimal match or literal to use at the next position
+ * in the string, or "window", being LZ-encoded.
+ *
+ * This is based on algorithms used in 7-Zip, including the DEFLATE encoder
+ * and the LZMA encoder, written by Igor Pavlov.
+ *
+ * Unlike a greedy parser that always takes the longest match, or even a "lazy"
+ * parser with one match/literal look-ahead like zlib, the algorithm used here
+ * may look ahead many matches/literals to determine the approximately optimal
+ * match/literal to code next.  The motivation is that the compression ratio is
+ * improved if the compressor can do things like use a shorter-than-possible
+ * match in order to allow a longer match later, and also take into account the
+ * estimated real cost of coding each match/literal based on the underlying
+ * entropy encoding.
+ *
+ * Still, this is not a true optimal parser for several reasons:
+ *
+ * - Real compression formats use entropy encoding of the literal/match
+ *   sequence, so the real cost of coding each match or literal is unknown until
+ *   the parse is fully determined.  It can be approximated based on iterative
+ *   parses, but the end result is not guaranteed to be globally optimal.
+ *
+ * - Very long matches are chosen immediately.  This is because locations with
+ *   long matches are likely to have many possible alternatives that would cause
+ *   slow optimal parsing, but also such locations are already highly
+ *   compressible so it is not too harmful to just grab the longest match.
+ *
+ * - Not all possible matches at each location are considered because the
+ *   underlying match-finder limits the number and type of matches produced at
+ *   each position.  For example, for a given match length it's usually not
+ *   worth it to only consider matches other than the lowest-offset match,
+ *   except in the case of a repeat offset.
+ *
+ * - Although we take into account the adaptive state (in LZX, the recent offset
+ *   queue), coding decisions made with respect to the adaptive state will be
+ *   locally optimal but will not necessarily be globally optimal.  This is
+ *   because the algorithm only keeps the least-costly path to get to a given
+ *   location and does not take into account that a slightly more costly path
+ *   could result in a different adaptive state that ultimately results in a
+ *   lower global cost.
+ *
+ * - The array space used by this function is bounded, so in degenerate cases it
+ *   is forced to start returning matches/literals before the algorithm has
+ *   really finished.
+ *
+ * Each call to this function does one of two things:
+ *
+ * 1. Build a sequence of near-optimal matches/literals, up to some point, that
+ *    will be returned by subsequent calls to this function, then return the
+ *    first one.
+ *
+ * OR
+ *
+ * 2. Return the next match/literal previously computed by a call to this
+ *    function.
+ *
+ * The return value is a (length, offset) pair specifying the match or literal
+ * chosen.  For literals, the length is 0 or 1 and the offset is meaningless.
  */
+static struct lz_match
+lzx_get_near_optimal_match(struct lzx_compressor *ctx)
+{
+       unsigned num_matches;
+       const struct lz_match *matches;
+       struct lz_match match;
+       unsigned longest_len;
+       unsigned longest_rep_len;
+       u32 longest_rep_offset;
+       unsigned cur_pos;
+       unsigned end_pos;
+
+       if (ctx->optimum_cur_idx != ctx->optimum_end_idx) {
+               /* Case 2: Return the next match/literal already found.  */
+               match.len = ctx->optimum[ctx->optimum_cur_idx].next.link -
+                                   ctx->optimum_cur_idx;
+               match.offset = ctx->optimum[ctx->optimum_cur_idx].next.match_offset;
+
+               ctx->optimum_cur_idx = ctx->optimum[ctx->optimum_cur_idx].next.link;
+               return match;
+       }
+
+       /* Case 1:  Compute a new list of matches/literals to return.  */
+
+       ctx->optimum_cur_idx = 0;
+       ctx->optimum_end_idx = 0;
+
+       /* Search for matches at recent offsets.  Only keep the one with the
+        * longest match length.  */
+       longest_rep_len = LZX_MIN_MATCH_LEN - 1;
+       if (ctx->match_window_pos >= 1) {
+               unsigned limit = min(LZX_MAX_MATCH_LEN,
+                                    ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos);
+               for (int i = 0; i < LZX_NUM_RECENT_OFFSETS; i++) {
+                       u32 offset = ctx->queue.R[i];
+                       const u8 *strptr = &ctx->window[ctx->match_window_pos];
+                       const u8 *matchptr = strptr - offset;
+                       unsigned len = 0;
+                       while (len < limit && strptr[len] == matchptr[len])
+                               len++;
+                       if (len > longest_rep_len) {
+                               longest_rep_len = len;
+                               longest_rep_offset = offset;
+                       }
+               }
+       }
+
+       /* If there's a long match with a recent offset, take it.  */
+       if (longest_rep_len >= ctx->params.alg_params.slow.nice_match_length) {
+               lzx_skip_bytes(ctx, longest_rep_len);
+               return (struct lz_match) {
+                       .len = longest_rep_len,
+                       .offset = longest_rep_offset,
+               };
+       }
+
+       /* Search other matches.  */
+       num_matches = lzx_get_matches(ctx, &matches);
+
+       /* If there's a long match, take it.  */
+       if (num_matches) {
+               longest_len = matches[num_matches - 1].len;
+               if (longest_len >= ctx->params.alg_params.slow.nice_match_length) {
+                       lzx_skip_bytes(ctx, longest_len - 1);
+                       return matches[num_matches - 1];
+               }
+       } else {
+               longest_len = 1;
+       }
+
+       /* Calculate the cost to reach the next position by coding a literal.
+        */
+       ctx->optimum[1].queue = ctx->queue;
+       ctx->optimum[1].cost = lzx_literal_cost(ctx->window[ctx->match_window_pos - 1],
+                                               &ctx->costs);
+       ctx->optimum[1].prev.link = 0;
+
+       /* Calculate the cost to reach any position up to and including that
+        * reached by the longest match.
+        *
+        * Note: We consider only the lowest-offset match that reaches each
+        * position.
+        *
+        * Note: Some of the cost calculation stays the same for each offset,
+        * regardless of how many lengths it gets used for.  Therefore, to
+        * improve performance, we hand-code the cost calculation instead of
+        * calling lzx_match_cost() to do a from-scratch cost evaluation at each
+        * length.  */
+       for (unsigned i = 0, len = 2; i < num_matches; i++) {
+               u32 offset;
+               struct lzx_lru_queue queue;
+               u32 position_cost;
+               unsigned position_slot;
+               unsigned num_extra_bits;
+
+               offset = matches[i].offset;
+               queue = ctx->queue;
+               position_cost = 0;
+
+               position_slot = lzx_get_position_slot(offset, &queue);
+               num_extra_bits = lzx_get_num_extra_bits(position_slot);
+               if (num_extra_bits >= 3) {
+                       position_cost += num_extra_bits - 3;
+                       position_cost += ctx->costs.aligned[(offset + LZX_OFFSET_OFFSET) & 7];
+               } else {
+                       position_cost += num_extra_bits;
+               }
+
+               do {
+                       unsigned len_header;
+                       unsigned main_symbol;
+                       u32 cost;
+
+                       cost = position_cost;
+
+                       len_header = min(len - LZX_MIN_MATCH_LEN, LZX_NUM_PRIMARY_LENS);
+                       main_symbol = ((position_slot << 3) | len_header) + LZX_NUM_CHARS;
+                       cost += ctx->costs.main[main_symbol];
+                       if (len_header == LZX_NUM_PRIMARY_LENS)
+                               cost += ctx->costs.len[len - LZX_MIN_MATCH_LEN - LZX_NUM_PRIMARY_LENS];
+
+                       ctx->optimum[len].queue = queue;
+                       ctx->optimum[len].prev.link = 0;
+                       ctx->optimum[len].prev.match_offset = offset;
+                       ctx->optimum[len].cost = cost;
+               } while (++len <= matches[i].len);
+       }
+       end_pos = longest_len;
+
+       if (longest_rep_len >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
+               struct lzx_lru_queue queue;
+               u32 cost;
+
+               while (end_pos < longest_rep_len)
+                       ctx->optimum[++end_pos].cost = MC_INFINITE_COST;
+
+               queue = ctx->queue;
+               cost = lzx_match_cost(longest_rep_len, longest_rep_offset,
+                                     &ctx->costs, &queue);
+               if (cost <= ctx->optimum[longest_rep_len].cost) {
+                       ctx->optimum[longest_rep_len].queue = queue;
+                       ctx->optimum[longest_rep_len].prev.link = 0;
+                       ctx->optimum[longest_rep_len].prev.match_offset = longest_rep_offset;
+                       ctx->optimum[longest_rep_len].cost = cost;
+               }
+       }
+
+       /* Step forward, calculating the estimated minimum cost to reach each
+        * position.  The algorithm may find multiple paths to reach each
+        * position; only the lowest-cost path is saved.
+        *
+        * The progress of the parse is tracked in the @ctx->optimum array, which
+        * for each position contains the minimum cost to reach that position,
+        * the index of the start of the match/literal taken to reach that
+        * position through the minimum-cost path, the offset of the match taken
+        * (not relevant for literals), and the adaptive state that will exist
+        * at that position after the minimum-cost path is taken.  The @cur_pos
+        * variable stores the position at which the algorithm is currently
+        * considering coding choices, and the @end_pos variable stores the
+        * greatest position at which the costs of coding choices have been
+        * saved.  (Actually, the algorithm guarantees that all positions up to
+        * and including @end_pos are reachable by at least one path.)
+        *
+        * The loop terminates when any one of the following conditions occurs:
+        *
+        * 1. A match with length greater than or equal to @nice_match_length is
+        *    found.  When this occurs, the algorithm chooses this match
+        *    unconditionally, and consequently the near-optimal match/literal
+        *    sequence up to and including that match is fully determined and it
+        *    can begin returning the match/literal list.
+        *
+        * 2. @cur_pos reaches a position not overlapped by a preceding match.
+        *    In such cases, the near-optimal match/literal sequence up to
+        *    @cur_pos is fully determined and it can begin returning the
+        *    match/literal list.
+        *
+        * 3. Failing either of the above in a degenerate case, the loop
+        *    terminates when space in the @ctx->optimum array is exhausted.
+        *    This terminates the algorithm and forces it to start returning
+        *    matches/literals even though they may not be globally optimal.
+        *
+        * Upon loop termination, a nonempty list of matches/literals will have
+        * been produced and stored in the @optimum array.  These
+        * matches/literals are linked in reverse order, so the last thing this
+        * function does is reverse this list and return the first
+        * match/literal, leaving the rest to be returned immediately by
+        * subsequent calls to this function.
+        */
+       cur_pos = 0;
+       for (;;) {
+               u32 cost;
+
+               /* Advance to next position.  */
+               cur_pos++;
+
+               /* Check termination conditions (2) and (3) noted above.  */
+               if (cur_pos == end_pos || cur_pos == LZX_OPTIM_ARRAY_SIZE)
+                       return lzx_match_chooser_reverse_list(ctx, cur_pos);
+
+               /* Search for matches at recent offsets.  */
+               longest_rep_len = LZX_MIN_MATCH_LEN - 1;
+               unsigned limit = min(LZX_MAX_MATCH_LEN,
+                                    ctx->match_window_end - ctx->match_window_pos);
+               for (int i = 0; i < LZX_NUM_RECENT_OFFSETS; i++) {
+                       u32 offset = ctx->optimum[cur_pos].queue.R[i];
+                       const u8 *strptr = &ctx->window[ctx->match_window_pos];
+                       const u8 *matchptr = strptr - offset;
+                       unsigned len = 0;
+                       while (len < limit && strptr[len] == matchptr[len])
+                               len++;
+                       if (len > longest_rep_len) {
+                               longest_rep_len = len;
+                               longest_rep_offset = offset;
+                       }
+               }
+
+               /* If we found a long match at a recent offset, choose it
+                * immediately.  */
+               if (longest_rep_len >= ctx->params.alg_params.slow.nice_match_length) {
+                       /* Build the list of matches to return and get
+                        * the first one.  */
+                       match = lzx_match_chooser_reverse_list(ctx, cur_pos);
+
+                       /* Append the long match to the end of the list.  */
+                       ctx->optimum[cur_pos].next.match_offset = longest_rep_offset;
+                       ctx->optimum[cur_pos].next.link = cur_pos + longest_rep_len;
+                       ctx->optimum_end_idx = cur_pos + longest_rep_len;
+
+                       /* Skip over the remaining bytes of the long match.  */
+                       lzx_skip_bytes(ctx, longest_rep_len);
+
+                       /* Return first match in the list.  */
+                       return match;
+               }
+
+               /* Search other matches.  */
+               num_matches = lzx_get_matches(ctx, &matches);
+
+               /* If there's a long match, take it.  */
+               if (num_matches) {
+                       longest_len = matches[num_matches - 1].len;
+                       if (longest_len >= ctx->params.alg_params.slow.nice_match_length) {
+                               /* Build the list of matches to return and get
+                                * the first one.  */
+                               match = lzx_match_chooser_reverse_list(ctx, cur_pos);
+
+                               /* Append the long match to the end of the list.  */
+                               ctx->optimum[cur_pos].next.match_offset =
+                                       matches[num_matches - 1].offset;
+                               ctx->optimum[cur_pos].next.link = cur_pos + longest_len;
+                               ctx->optimum_end_idx = cur_pos + longest_len;
+
+                               /* Skip over the remaining bytes of the long match.  */
+                               lzx_skip_bytes(ctx, longest_len - 1);
+
+                               /* Return first match in the list.  */
+                               return match;
+                       }
+               } else {
+                       longest_len = 1;
+               }
+
+               while (end_pos < cur_pos + longest_len)
+                       ctx->optimum[++end_pos].cost = MC_INFINITE_COST;
+
+               /* Consider coding a literal.  */
+               cost = ctx->optimum[cur_pos].cost +
+                       lzx_literal_cost(ctx->window[ctx->match_window_pos - 1],
+                                        &ctx->costs);
+               if (cost < ctx->optimum[cur_pos + 1].cost) {
+                       ctx->optimum[cur_pos + 1].queue = ctx->optimum[cur_pos].queue;
+                       ctx->optimum[cur_pos + 1].cost = cost;
+                       ctx->optimum[cur_pos + 1].prev.link = cur_pos;
+               }
+
+               /* Consider coding a match.
+                *
+                * The hard-coded cost calculation is done for the same reason
+                * stated in the comment for the similar loop earlier.
+                * Actually, it is *this* one that has the biggest effect on
+                * performance; overall LZX compression is > 10% faster with
+                * this code compared to calling lzx_match_cost() with each
+                * length.  */
+               for (unsigned i = 0, len = 2; i < num_matches; i++) {
+                       u32 offset;
+                       struct lzx_lru_queue queue;
+                       u32 position_cost;
+                       unsigned position_slot;
+                       unsigned num_extra_bits;
+
+                       offset = matches[i].offset;
+                       queue = ctx->optimum[cur_pos].queue;
+                       position_cost = ctx->optimum[cur_pos].cost;
+
+                       position_slot = lzx_get_position_slot(offset, &queue);
+                       num_extra_bits = lzx_get_num_extra_bits(position_slot);
+                       if (num_extra_bits >= 3) {
+                               position_cost += num_extra_bits - 3;
+                               position_cost += ctx->costs.aligned[
+                                               (offset + LZX_OFFSET_OFFSET) & 7];
+                       } else {
+                               position_cost += num_extra_bits;
+                       }
+
+                       do {
+                               unsigned len_header;
+                               unsigned main_symbol;
+                               u32 cost;
+
+                               cost = position_cost;
+
+                               len_header = min(len - LZX_MIN_MATCH_LEN,
+                                                LZX_NUM_PRIMARY_LENS);
+                               main_symbol = ((position_slot << 3) | len_header) +
+                                               LZX_NUM_CHARS;
+                               cost += ctx->costs.main[main_symbol];
+                               if (len_header == LZX_NUM_PRIMARY_LENS) {
+                                       cost += ctx->costs.len[len -
+                                                       LZX_MIN_MATCH_LEN -
+                                                       LZX_NUM_PRIMARY_LENS];
+                               }
+                               if (cost < ctx->optimum[cur_pos + len].cost) {
+                                       ctx->optimum[cur_pos + len].queue = queue;
+                                       ctx->optimum[cur_pos + len].prev.link = cur_pos;
+                                       ctx->optimum[cur_pos + len].prev.match_offset = offset;
+                                       ctx->optimum[cur_pos + len].cost = cost;
+                               }
+                       } while (++len <= matches[i].len);
+               }
+
+               if (longest_rep_len >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
+                       struct lzx_lru_queue queue;
+
+                       while (end_pos < cur_pos + longest_rep_len)
+                               ctx->optimum[++end_pos].cost = MC_INFINITE_COST;
+
+                       queue = ctx->optimum[cur_pos].queue;
+
+                       cost = ctx->optimum[cur_pos].cost +
+                               lzx_match_cost(longest_rep_len, longest_rep_offset,
+                                              &ctx->costs, &queue);
+                       if (cost <= ctx->optimum[cur_pos + longest_rep_len].cost) {
+                               ctx->optimum[cur_pos + longest_rep_len].queue =
+                                       queue;
+                               ctx->optimum[cur_pos + longest_rep_len].prev.link =
+                                       cur_pos;
+                               ctx->optimum[cur_pos + longest_rep_len].prev.match_offset =
+                                       longest_rep_offset;
+                               ctx->optimum[cur_pos + longest_rep_len].cost =
+                                       cost;
+                       }
+               }
+       }
+}
+
+/* Set default symbol costs for the LZX Huffman codes.  */
 static void
 lzx_set_default_costs(struct lzx_costs * costs, unsigned num_main_syms)
 {
        unsigned i;
 
-       /* Literal symbols  */
+       /* Main code (part 1): Literal symbols  */
        for (i = 0; i < LZX_NUM_CHARS; i++)
                costs->main[i] = 8;
 
-       /* Match header symbols  */
+       /* Main code (part 2): Match header symbols  */
        for (; i < num_main_syms; i++)
                costs->main[i] = 10;
 
-       /* Length symbols  */
+       /* Length code  */
        for (i = 0; i < LZX_LENCODE_NUM_SYMBOLS; i++)
                costs->len[i] = 8;
 
-       /* Aligned offset symbols  */
+       /* Aligned offset code  */
        for (i = 0; i < LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS; i++)
                costs->aligned[i] = 3;
 }
 
-/* Given the frequencies of symbols in a compressed block and the corresponding
- * Huffman codes, return LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM if an
- * aligned offset or verbatim block, respectively, will take fewer bits to
- * output.  */
+/* Given the frequencies of symbols in an LZX-compressed block and the
+ * corresponding Huffman codes, return LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED or
+ * LZX_BLOCKTYPE_VERBATIM if an aligned offset or verbatim block, respectively,
+ * will take fewer bits to output.  */
 static int
 lzx_choose_verbatim_or_aligned(const struct lzx_freqs * freqs,
                               const struct lzx_codes * codes)
@@ -1264,8 +1834,8 @@ lzx_choose_verbatim_or_aligned(const struct lzx_freqs * freqs,
 
        /* Verbatim blocks have a constant 3 bits per position footer.  Aligned
         * offset blocks have an aligned offset symbol per position footer, plus
-        * an extra 24 bits to output the lengths necessary to reconstruct the
-        * aligned offset code itself.  */
+        * an extra 24 bits per block to output the lengths necessary to
+        * reconstruct the aligned offset code itself.  */
        for (unsigned i = 0; i < LZX_ALIGNEDCODE_NUM_SYMBOLS; i++) {
                verbatim_cost += 3 * freqs->aligned[i];
                aligned_cost += codes->lens.aligned[i] * freqs->aligned[i];
@@ -1278,97 +1848,124 @@ lzx_choose_verbatim_or_aligned(const struct lzx_freqs * freqs,
 }
 
 /* Find a near-optimal sequence of matches/literals with which to output the
- * specified LZX block, then set its type to that which has the minimum cost to
- * output.  */
+ * specified LZX block, then set the block's type to that which has the minimum
+ * cost to output (either verbatim or aligned).  */
 static void
 lzx_optimize_block(struct lzx_compressor *ctx, struct lzx_block_spec *spec,
                   unsigned num_passes)
 {
        const struct lzx_lru_queue orig_queue = ctx->queue;
+       unsigned num_passes_remaining = num_passes;
        struct lzx_freqs freqs;
+       const u8 *window_ptr;
+       const u8 *window_end;
+       struct lzx_item *next_chosen_match;
+       struct lz_match lz_match;
+       struct lzx_item lzx_item;
 
-       unsigned orig_window_pos = spec->window_pos;
-       unsigned orig_cached_pos = ctx->cached_matches_pos;
-
-       LZX_ASSERT(ctx->match_window_pos == spec->window_pos);
+       LZX_ASSERT(num_passes >= 1);
+       LZX_ASSERT(lz_bt_get_position(&ctx->mf) == spec->window_pos);
 
        ctx->match_window_end = spec->window_pos + spec->block_size;
-       spec->chosen_matches_start_pos = spec->window_pos;
-
-       LZX_ASSERT(num_passes >= 1);
+       ctx->matches_cached = false;
 
        /* The first optimal parsing pass is done using the cost model already
         * set in ctx->costs.  Each later pass is done using a cost model
-        * computed from the previous pass.  */
-       for (unsigned pass = 0; pass < num_passes; pass++) {
+        * computed from the previous pass.
+        *
+        * To improve performance we only generate the array containing the
+        * matches and literals in intermediate form on the final pass.  */
 
-               ctx->match_window_pos = orig_window_pos;
-               ctx->cached_matches_pos = orig_cached_pos;
-               ctx->queue = orig_queue;
-               spec->num_chosen_matches = 0;
+       while (--num_passes_remaining) {
+               ctx->match_window_pos = spec->window_pos;
+               ctx->cache_ptr = ctx->cached_matches;
                memset(&freqs, 0, sizeof(freqs));
+               window_ptr = &ctx->window[spec->window_pos];
+               window_end = window_ptr + spec->block_size;
+
+               while (window_ptr != window_end) {
 
-               for (unsigned i = spec->window_pos; i < spec->window_pos + spec->block_size; ) {
-                       struct raw_match raw_match;
-                       struct lzx_match lzx_match;
+                       lz_match = lzx_get_near_optimal_match(ctx);
 
-                       raw_match = lzx_lz_get_near_optimal_match(ctx);
-                       if (raw_match.len >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
-                               lzx_match.data = lzx_tally_match(raw_match.len, raw_match.offset,
-                                                                &freqs, &ctx->queue);
-                               i += raw_match.len;
+                       LZX_ASSERT(!(lz_match.len == LZX_MIN_MATCH_LEN &&
+                                    lz_match.offset == ctx->max_window_size -
+                                                        LZX_MIN_MATCH_LEN));
+                       if (lz_match.len >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
+                               lzx_tally_match(lz_match.len, lz_match.offset,
+                                               &freqs, &ctx->queue);
+                               window_ptr += lz_match.len;
                        } else {
-                               lzx_match.data = lzx_tally_literal(ctx->window[i], &freqs);
-                               i += 1;
+                               lzx_tally_literal(*window_ptr, &freqs);
+                               window_ptr += 1;
                        }
-                       ctx->chosen_matches[spec->chosen_matches_start_pos +
-                                           spec->num_chosen_matches++] = lzx_match;
                }
-
-               lzx_make_huffman_codes(&freqs, &spec->codes,
-                                      ctx->num_main_syms);
-               if (pass < num_passes - 1)
-                       lzx_set_costs(ctx, &spec->codes.lens);
+               lzx_make_huffman_codes(&freqs, &spec->codes, ctx->num_main_syms);
+               lzx_set_costs(ctx, &spec->codes.lens);
+               ctx->queue = orig_queue;
                ctx->matches_cached = true;
        }
-       spec->block_type = lzx_choose_verbatim_or_aligned(&freqs, &spec->codes);
-       ctx->matches_cached = false;
-}
-
-static void
-lzx_optimize_blocks(struct lzx_compressor *ctx)
-{
-       lzx_lru_queue_init(&ctx->queue);
-       lz_match_chooser_begin(&ctx->mc);
 
-       const unsigned num_passes = ctx->params.alg_params.slow.num_optim_passes;
-
-       for (unsigned i = 0; i < ctx->num_blocks; i++)
-               lzx_optimize_block(ctx, &ctx->block_specs[i], num_passes);
+       ctx->match_window_pos = spec->window_pos;
+       ctx->cache_ptr = ctx->cached_matches;
+       memset(&freqs, 0, sizeof(freqs));
+       window_ptr = &ctx->window[spec->window_pos];
+       window_end = window_ptr + spec->block_size;
+
+       spec->chosen_items = &ctx->chosen_items[spec->window_pos];
+       next_chosen_match = spec->chosen_items;
+
+       while (window_ptr != window_end) {
+               lz_match = lzx_get_near_optimal_match(ctx);
+
+               LZX_ASSERT(!(lz_match.len == LZX_MIN_MATCH_LEN &&
+                            lz_match.offset == ctx->max_window_size -
+                                                LZX_MIN_MATCH_LEN));
+               if (lz_match.len >= LZX_MIN_MATCH_LEN) {
+                       lzx_item.data = lzx_tally_match(lz_match.len,
+                                                        lz_match.offset,
+                                                        &freqs, &ctx->queue);
+                       window_ptr += lz_match.len;
+               } else {
+                       lzx_item.data = lzx_tally_literal(*window_ptr, &freqs);
+                       window_ptr += 1;
+               }
+               *next_chosen_match++ = lzx_item;
+       }
+       spec->num_chosen_items = next_chosen_match - spec->chosen_items;
+       lzx_make_huffman_codes(&freqs, &spec->codes, ctx->num_main_syms);
+       spec->block_type = lzx_choose_verbatim_or_aligned(&freqs, &spec->codes);
 }
 
 /* Prepare the input window into one or more LZX blocks ready to be output.  */
 static void
 lzx_prepare_blocks(struct lzx_compressor * ctx)
 {
-       /* Initialize the match-finder.  */
-       lz_sarray_load_window(&ctx->lz_sarray, ctx->window, ctx->window_size);
-       ctx->cached_matches_pos = 0;
-       ctx->matches_cached = false;
-       ctx->match_window_pos = 0;
-
        /* Set up a default cost model.  */
        lzx_set_default_costs(&ctx->costs, ctx->num_main_syms);
 
+       /* Set up the block specifications.
+        * TODO: The compression ratio could be slightly improved by performing
+        * data-dependent block splitting instead of using fixed-size blocks.
+        * Doing so well is a computationally hard problem, however.  */
        ctx->num_blocks = DIV_ROUND_UP(ctx->window_size, LZX_DIV_BLOCK_SIZE);
        for (unsigned i = 0; i < ctx->num_blocks; i++) {
                unsigned pos = LZX_DIV_BLOCK_SIZE * i;
                ctx->block_specs[i].window_pos = pos;
-               ctx->block_specs[i].block_size = min(ctx->window_size - pos, LZX_DIV_BLOCK_SIZE);
+               ctx->block_specs[i].block_size = min(ctx->window_size - pos,
+                                                    LZX_DIV_BLOCK_SIZE);
        }
 
+       /* Load the window into the match-finder.  */
+       lz_bt_load_window(&ctx->mf, ctx->window, ctx->window_size);
+
        /* Determine sequence of matches/literals to output for each block.  */
-       lzx_optimize_blocks(ctx);
+       lzx_lru_queue_init(&ctx->queue);
+       ctx->optimum_cur_idx = 0;
+       ctx->optimum_end_idx = 0;
+       for (unsigned i = 0; i < ctx->num_blocks; i++) {
+               lzx_optimize_block(ctx, &ctx->block_specs[i],
+                                  ctx->params.alg_params.slow.num_optim_passes);
+       }
 }
 
 /*
@@ -1386,7 +1983,7 @@ lzx_prepare_blocks(struct lzx_compressor * ctx)
  *
  *     ctx->block_specs[]
  *     ctx->num_blocks
- *     ctx->chosen_matches[]
+ *     ctx->chosen_items[]
  */
 static void
 lzx_prepare_block_fast(struct lzx_compressor * ctx)
@@ -1412,7 +2009,7 @@ lzx_prepare_block_fast(struct lzx_compressor * ctx)
        /* Initialize symbol frequencies and match offset LRU queue.  */
        memset(&record_ctx.freqs, 0, sizeof(struct lzx_freqs));
        lzx_lru_queue_init(&record_ctx.queue);
-       record_ctx.matches = ctx->chosen_matches;
+       record_ctx.matches = ctx->chosen_items;
 
        /* Determine series of matches/literals to output.  */
        lz_analyze_block(ctx->window,
@@ -1428,47 +2025,13 @@ lzx_prepare_block_fast(struct lzx_compressor * ctx)
        spec->block_type = LZX_BLOCKTYPE_ALIGNED;
        spec->window_pos = 0;
        spec->block_size = ctx->window_size;
-       spec->num_chosen_matches = (record_ctx.matches - ctx->chosen_matches);
-       spec->chosen_matches_start_pos = 0;
+       spec->num_chosen_items = (record_ctx.matches - ctx->chosen_items);
+       spec->chosen_items = ctx->chosen_items;
        lzx_make_huffman_codes(&record_ctx.freqs, &spec->codes,
                               ctx->num_main_syms);
        ctx->num_blocks = 1;
 }
 
-static void
-do_call_insn_translation(u32 *call_insn_target, int input_pos,
-                        s32 file_size)
-{
-       s32 abs_offset;
-       s32 rel_offset;
-
-       rel_offset = le32_to_cpu(*call_insn_target);
-       if (rel_offset >= -input_pos && rel_offset < file_size) {
-               if (rel_offset < file_size - input_pos) {
-                       /* "good translation" */
-                       abs_offset = rel_offset + input_pos;
-               } else {
-                       /* "compensating translation" */
-                       abs_offset = rel_offset - file_size;
-               }
-               *call_insn_target = cpu_to_le32(abs_offset);
-       }
-}
-
-/* This is the reverse of undo_call_insn_preprocessing() in lzx-decompress.c.
- * See the comment above that function for more information.  */
-static void
-do_call_insn_preprocessing(u8 data[], int size)
-{
-       for (int i = 0; i < size - 10; i++) {
-               if (data[i] == 0xe8) {
-                       do_call_insn_translation((u32*)&data[i + 1], i,
-                                                LZX_WIM_MAGIC_FILESIZE);
-                       i += 4;
-               }
-       }
-}
-
 static size_t
 lzx_compress(const void *uncompressed_data, size_t uncompressed_size,
             void *compressed_data, size_t compressed_size_avail, void *_ctx)
@@ -1505,7 +2068,7 @@ lzx_compress(const void *uncompressed_data, size_t uncompressed_size,
 
        /* Before doing any actual compression, do the call instruction (0xe8
         * byte) translation on the uncompressed data.  */
-       do_call_insn_preprocessing(ctx->window, ctx->window_size);
+       lzx_do_e8_preprocessing(ctx->window, ctx->window_size);
 
        LZX_DEBUG("Preparing blocks...");
 
@@ -1523,7 +2086,7 @@ lzx_compress(const void *uncompressed_data, size_t uncompressed_size,
 
        LZX_DEBUG("Flushing bitstream...");
        compressed_size = flush_output_bitstream(&ostream);
-       if (compressed_size == ~(input_idx_t)0) {
+       if (compressed_size == (u32)~0UL) {
                LZX_DEBUG("Data did not compress to %zu bytes or less!",
                          compressed_size_avail);
                return 0;
@@ -1577,63 +2140,16 @@ lzx_compress(const void *uncompressed_data, size_t uncompressed_size,
        return compressed_size;
 }
 
-static bool
-lzx_params_valid(const struct wimlib_lzx_compressor_params *params)
-{
-       /* Validate parameters.  */
-       if (params->hdr.size != sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params)) {
-               LZX_DEBUG("Invalid parameter structure size!");
-               return false;
-       }
-
-       if (params->algorithm != WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW &&
-           params->algorithm != WIMLIB_LZX_ALGORITHM_FAST)
-       {
-               LZX_DEBUG("Invalid algorithm.");
-               return false;
-       }
-
-       if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW) {
-               if (params->alg_params.slow.num_optim_passes < 1)
-               {
-                       LZX_DEBUG("Invalid number of optimization passes!");
-                       return false;
-               }
-
-               if (params->alg_params.slow.main_nostat_cost < 1 ||
-                   params->alg_params.slow.main_nostat_cost > 16)
-               {
-                       LZX_DEBUG("Invalid main_nostat_cost!");
-                       return false;
-               }
-
-               if (params->alg_params.slow.len_nostat_cost < 1 ||
-                   params->alg_params.slow.len_nostat_cost > 16)
-               {
-                       LZX_DEBUG("Invalid len_nostat_cost!");
-                       return false;
-               }
-
-               if (params->alg_params.slow.aligned_nostat_cost < 1 ||
-                   params->alg_params.slow.aligned_nostat_cost > 8)
-               {
-                       LZX_DEBUG("Invalid aligned_nostat_cost!");
-                       return false;
-               }
-       }
-       return true;
-}
-
 static void
 lzx_free_compressor(void *_ctx)
 {
        struct lzx_compressor *ctx = _ctx;
 
        if (ctx) {
-               FREE(ctx->chosen_matches);
+               FREE(ctx->chosen_items);
                FREE(ctx->cached_matches);
-               lz_match_chooser_destroy(&ctx->mc);
-               lz_sarray_destroy(&ctx->lz_sarray);
+               FREE(ctx->optimum);
+               lz_bt_destroy(&ctx->mf);
                FREE(ctx->block_specs);
                FREE(ctx->prev_tab);
                FREE(ctx->window);
@@ -1641,13 +2157,62 @@ lzx_free_compressor(void *_ctx)
        }
 }
 
+static const struct wimlib_lzx_compressor_params lzx_fast_default = {
+       .hdr = {
+               .size = sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params),
+       },
+       .algorithm = WIMLIB_LZX_ALGORITHM_FAST,
+       .use_defaults = 0,
+       .alg_params = {
+               .fast = {
+               },
+       },
+};
+static const struct wimlib_lzx_compressor_params lzx_slow_default = {
+       .hdr = {
+               .size = sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params),
+       },
+       .algorithm = WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW,
+       .use_defaults = 0,
+       .alg_params = {
+               .slow = {
+                       .use_len2_matches = 1,
+                       .nice_match_length = 32,
+                       .num_optim_passes = 2,
+                       .max_search_depth = 50,
+                       .main_nostat_cost = 15,
+                       .len_nostat_cost = 15,
+                       .aligned_nostat_cost = 7,
+               },
+       },
+};
+
+static const struct wimlib_lzx_compressor_params *
+lzx_get_params(const struct wimlib_compressor_params_header *_params)
+{
+       const struct wimlib_lzx_compressor_params *params =
+               (const struct wimlib_lzx_compressor_params*)_params;
+
+       if (params == NULL) {
+               LZX_DEBUG("Using default algorithm and parameters.");
+               params = &lzx_slow_default;
+       } else {
+               if (params->use_defaults) {
+                       if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW)
+                               params = &lzx_slow_default;
+                       else
+                               params = &lzx_fast_default;
+               }
+       }
+       return params;
+}
+
 static int
 lzx_create_compressor(size_t window_size,
                      const struct wimlib_compressor_params_header *_params,
                      void **ctx_ret)
 {
-       const struct wimlib_lzx_compressor_params *params =
-               (const struct wimlib_lzx_compressor_params*)_params;
+       const struct wimlib_lzx_compressor_params *params = lzx_get_params(_params);
        struct lzx_compressor *ctx;
 
        LZX_DEBUG("Allocating LZX context...");
@@ -1655,54 +2220,6 @@ lzx_create_compressor(size_t window_size,
        if (!lzx_window_size_valid(window_size))
                return WIMLIB_ERR_INVALID_PARAM;
 
-       static const struct wimlib_lzx_compressor_params fast_default = {
-               .hdr = {
-                       .size = sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params),
-               },
-               .algorithm = WIMLIB_LZX_ALGORITHM_FAST,
-               .use_defaults = 0,
-               .alg_params = {
-                       .fast = {
-                       },
-               },
-       };
-       static const struct wimlib_lzx_compressor_params slow_default = {
-               .hdr = {
-                       .size = sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params),
-               },
-               .algorithm = WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW,
-               .use_defaults = 0,
-               .alg_params = {
-                       .slow = {
-                               .use_len2_matches = 1,
-                               .nice_match_length = 32,
-                               .num_optim_passes = 2,
-                               .max_search_depth = 50,
-                               .max_matches_per_pos = 3,
-                               .main_nostat_cost = 15,
-                               .len_nostat_cost = 15,
-                               .aligned_nostat_cost = 7,
-                       },
-               },
-       };
-
-       if (params) {
-               if (!lzx_params_valid(params))
-                       return WIMLIB_ERR_INVALID_PARAM;
-       } else {
-               LZX_DEBUG("Using default algorithm and parameters.");
-               params = &slow_default;
-       }
-
-       if (params->use_defaults) {
-               if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW)
-                       params = &slow_default;
-               else
-                       params = &fast_default;
-       }
-
-       LZX_DEBUG("Allocating memory.");
-
        ctx = CALLOC(1, sizeof(struct lzx_compressor));
        if (ctx == NULL)
                goto oom;
@@ -1729,38 +2246,34 @@ lzx_create_compressor(size_t window_size,
                if (!params->alg_params.slow.use_len2_matches)
                        min_match_len = max(min_match_len, 3);
 
-               if (!lz_sarray_init(&ctx->lz_sarray,
-                                   window_size,
-                                   min_match_len,
-                                   LZX_MAX_MATCH_LEN,
-                                   params->alg_params.slow.max_search_depth,
-                                   params->alg_params.slow.max_matches_per_pos))
+               if (!lz_bt_init(&ctx->mf,
+                               window_size,
+                               min_match_len,
+                               LZX_MAX_MATCH_LEN,
+                               params->alg_params.slow.nice_match_length,
+                               params->alg_params.slow.max_search_depth))
                        goto oom;
        }
 
        if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW) {
-               if (!lz_match_chooser_init(&ctx->mc,
-                                          LZX_OPTIM_ARRAY_SIZE,
-                                          params->alg_params.slow.nice_match_length,
-                                          LZX_MAX_MATCH_LEN))
+               ctx->optimum = MALLOC((LZX_OPTIM_ARRAY_SIZE +
+                                      min(params->alg_params.slow.nice_match_length,
+                                          LZX_MAX_MATCH_LEN)) *
+                                               sizeof(ctx->optimum[0]));
+               if (ctx->optimum == NULL)
                        goto oom;
        }
 
        if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW) {
-               u32 cache_per_pos;
-
-               cache_per_pos = params->alg_params.slow.max_matches_per_pos;
-               if (cache_per_pos > LZX_MAX_CACHE_PER_POS)
-                       cache_per_pos = LZX_MAX_CACHE_PER_POS;
-
-               ctx->cached_matches = MALLOC(window_size * (cache_per_pos + 1) *
-                                            sizeof(ctx->cached_matches[0]));
+               ctx->cached_matches = MALLOC(LZX_CACHE_SIZE);
                if (ctx->cached_matches == NULL)
                        goto oom;
+               ctx->cache_limit = ctx->cached_matches +
+                                  LZX_CACHE_LEN - (LZX_MAX_MATCHES_PER_POS + 1);
        }
 
-       ctx->chosen_matches = MALLOC(window_size * sizeof(ctx->chosen_matches[0]));
-       if (ctx->chosen_matches == NULL)
+       ctx->chosen_items = MALLOC(window_size * sizeof(ctx->chosen_items[0]));
+       if (ctx->chosen_items == NULL)
                goto oom;
 
        memcpy(&ctx->params, params, sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params));
@@ -1776,7 +2289,89 @@ oom:
        return WIMLIB_ERR_NOMEM;
 }
 
+static u64
+lzx_get_needed_memory(size_t max_block_size,
+                     const struct wimlib_compressor_params_header *_params)
+{
+       const struct wimlib_lzx_compressor_params *params = lzx_get_params(_params);
+
+       u64 size = 0;
+
+       size += sizeof(struct lzx_compressor);
+
+       size += max_block_size + 12;
+
+       size += DIV_ROUND_UP(max_block_size, LZX_DIV_BLOCK_SIZE) *
+               sizeof(((struct lzx_compressor*)0)->block_specs[0]);
+
+       if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW) {
+               size += max_block_size * sizeof(((struct lzx_compressor*)0)->chosen_items[0]);
+               size += lz_bt_get_needed_memory(max_block_size);
+               size += (LZX_OPTIM_ARRAY_SIZE +
+                        min(params->alg_params.slow.nice_match_length,
+                            LZX_MAX_MATCH_LEN)) *
+                               sizeof(((struct lzx_compressor *)0)->optimum[0]);
+               size += LZX_CACHE_SIZE;
+       } else {
+               size += max_block_size * sizeof(((struct lzx_compressor*)0)->prev_tab[0]);
+       }
+       return size;
+}
+
+static bool
+lzx_params_valid(const struct wimlib_compressor_params_header *_params)
+{
+       const struct wimlib_lzx_compressor_params *params =
+               (const struct wimlib_lzx_compressor_params*)_params;
+
+       if (params->hdr.size != sizeof(struct wimlib_lzx_compressor_params)) {
+               LZX_DEBUG("Invalid parameter structure size!");
+               return false;
+       }
+
+       if (params->algorithm != WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW &&
+           params->algorithm != WIMLIB_LZX_ALGORITHM_FAST)
+       {
+               LZX_DEBUG("Invalid algorithm.");
+               return false;
+       }
+
+       if (params->algorithm == WIMLIB_LZX_ALGORITHM_SLOW &&
+           !params->use_defaults)
+       {
+               if (params->alg_params.slow.num_optim_passes < 1)
+               {
+                       LZX_DEBUG("Invalid number of optimization passes!");
+                       return false;
+               }
+
+               if (params->alg_params.slow.main_nostat_cost < 1 ||
+                   params->alg_params.slow.main_nostat_cost > 16)
+               {
+                       LZX_DEBUG("Invalid main_nostat_cost!");
+                       return false;
+               }
+
+               if (params->alg_params.slow.len_nostat_cost < 1 ||
+                   params->alg_params.slow.len_nostat_cost > 16)
+               {
+                       LZX_DEBUG("Invalid len_nostat_cost!");
+                       return false;
+               }
+
+               if (params->alg_params.slow.aligned_nostat_cost < 1 ||
+                   params->alg_params.slow.aligned_nostat_cost > 8)
+               {
+                       LZX_DEBUG("Invalid aligned_nostat_cost!");
+                       return false;
+               }
+       }
+       return true;
+}
+
 const struct compressor_ops lzx_compressor_ops = {
+       .params_valid       = lzx_params_valid,
+       .get_needed_memory  = lzx_get_needed_memory,
        .create_compressor  = lzx_create_compressor,
        .compress           = lzx_compress,
        .free_compressor    = lzx_free_compressor,