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[laserbrain_demo] / src / imgui / stb_rect_pack.h
1 // stb_rect_pack.h - v0.10 - public domain - rectangle packing
2 // Sean Barrett 2014
3 //
4 // Useful for e.g. packing rectangular textures into an atlas.
5 // Does not do rotation.
6 //
7 // Not necessarily the awesomest packing method, but better than
8 // the totally naive one in stb_truetype (which is primarily what
9 // this is meant to replace).
10 //
11 // Has only had a few tests run, may have issues.
12 //
13 // More docs to come.
14 //
15 // No memory allocations; uses qsort() and assert() from stdlib.
16 // Can override those by defining STBRP_SORT and STBRP_ASSERT.
17 //
18 // This library currently uses the Skyline Bottom-Left algorithm.
19 //
20 // Please note: better rectangle packers are welcome! Please
21 // implement them to the same API, but with a different init
22 // function.
23 //
24 // Credits
25 //
26 //  Library
27 //    Sean Barrett
28 //  Minor features
29 //    Martins Mozeiko
30 //  Bugfixes / warning fixes
31 //    Jeremy Jaussaud
32 //
33 // Version history:
34 //
35 //     0.10  (2016-10-25)  remove cast-away-const to avoid warnings
36 //     0.09  (2016-08-27)  fix compiler warnings
37 //     0.08  (2015-09-13)  really fix bug with empty rects (w=0 or h=0)
38 //     0.07  (2015-09-13)  fix bug with empty rects (w=0 or h=0)
39 //     0.06  (2015-04-15)  added STBRP_SORT to allow replacing qsort
40 //     0.05:  added STBRP_ASSERT to allow replacing assert
41 //     0.04:  fixed minor bug in STBRP_LARGE_RECTS support
42 //     0.01:  initial release
43 //
44 // LICENSE
45 //
46 //   This software is dual-licensed to the public domain and under the following
47 //   license: you are granted a perpetual, irrevocable license to copy, modify,
48 //   publish, and distribute this file as you see fit.
49
50 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
51 //
52 //       INCLUDE SECTION
53 //
54
55 #ifndef STB_INCLUDE_STB_RECT_PACK_H
56 #define STB_INCLUDE_STB_RECT_PACK_H
57
58 #define STB_RECT_PACK_VERSION  1
59
60 #ifdef STBRP_STATIC
61 #define STBRP_DEF static
62 #else
63 #define STBRP_DEF extern
64 #endif
65
66 #ifdef __cplusplus
67 extern "C" {
68 #endif
69
70 typedef struct stbrp_context stbrp_context;
71 typedef struct stbrp_node    stbrp_node;
72 typedef struct stbrp_rect    stbrp_rect;
73
74 #ifdef STBRP_LARGE_RECTS
75 typedef int            stbrp_coord;
76 #else
77 typedef unsigned short stbrp_coord;
78 #endif
79
80 STBRP_DEF void stbrp_pack_rects (stbrp_context *context, stbrp_rect *rects, int num_rects);
81 // Assign packed locations to rectangles. The rectangles are of type
82 // 'stbrp_rect' defined below, stored in the array 'rects', and there
83 // are 'num_rects' many of them.
84 //
85 // Rectangles which are successfully packed have the 'was_packed' flag
86 // set to a non-zero value and 'x' and 'y' store the minimum location
87 // on each axis (i.e. bottom-left in cartesian coordinates, top-left
88 // if you imagine y increasing downwards). Rectangles which do not fit
89 // have the 'was_packed' flag set to 0.
90 //
91 // You should not try to access the 'rects' array from another thread
92 // while this function is running, as the function temporarily reorders
93 // the array while it executes.
94 //
95 // To pack into another rectangle, you need to call stbrp_init_target
96 // again. To continue packing into the same rectangle, you can call
97 // this function again. Calling this multiple times with multiple rect
98 // arrays will probably produce worse packing results than calling it
99 // a single time with the full rectangle array, but the option is
100 // available.
101
102 struct stbrp_rect
103 {
104    // reserved for your use:
105    int            id;
106
107    // input:
108    stbrp_coord    w, h;
109
110    // output:
111    stbrp_coord    x, y;
112    int            was_packed;  // non-zero if valid packing
113
114 }; // 16 bytes, nominally
115
116
117 STBRP_DEF void stbrp_init_target (stbrp_context *context, int width, int height, stbrp_node *nodes, int num_nodes);
118 // Initialize a rectangle packer to:
119 //    pack a rectangle that is 'width' by 'height' in dimensions
120 //    using temporary storage provided by the array 'nodes', which is 'num_nodes' long
121 //
122 // You must call this function every time you start packing into a new target.
123 //
124 // There is no "shutdown" function. The 'nodes' memory must stay valid for
125 // the following stbrp_pack_rects() call (or calls), but can be freed after
126 // the call (or calls) finish.
127 //
128 // Note: to guarantee best results, either:
129 //       1. make sure 'num_nodes' >= 'width'
130 //   or  2. call stbrp_allow_out_of_mem() defined below with 'allow_out_of_mem = 1'
131 //
132 // If you don't do either of the above things, widths will be quantized to multiples
133 // of small integers to guarantee the algorithm doesn't run out of temporary storage.
134 //
135 // If you do #2, then the non-quantized algorithm will be used, but the algorithm
136 // may run out of temporary storage and be unable to pack some rectangles.
137
138 STBRP_DEF void stbrp_setup_allow_out_of_mem (stbrp_context *context, int allow_out_of_mem);
139 // Optionally call this function after init but before doing any packing to
140 // change the handling of the out-of-temp-memory scenario, described above.
141 // If you call init again, this will be reset to the default (false).
142
143
144 STBRP_DEF void stbrp_setup_heuristic (stbrp_context *context, int heuristic);
145 // Optionally select which packing heuristic the library should use. Different
146 // heuristics will produce better/worse results for different data sets.
147 // If you call init again, this will be reset to the default.
148
149 enum
150 {
151    STBRP_HEURISTIC_Skyline_default=0,
152    STBRP_HEURISTIC_Skyline_BL_sortHeight = STBRP_HEURISTIC_Skyline_default,
153    STBRP_HEURISTIC_Skyline_BF_sortHeight
154 };
155
156
157 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
158 //
159 // the details of the following structures don't matter to you, but they must
160 // be visible so you can handle the memory allocations for them
161
162 struct stbrp_node
163 {
164    stbrp_coord  x,y;
165    stbrp_node  *next;
166 };
167
168 struct stbrp_context
169 {
170    int width;
171    int height;
172    int align;
173    int init_mode;
174    int heuristic;
175    int num_nodes;
176    stbrp_node *active_head;
177    stbrp_node *free_head;
178    stbrp_node extra[2]; // we allocate two extra nodes so optimal user-node-count is 'width' not 'width+2'
179 };
180
181 #ifdef __cplusplus
182 }
183 #endif
184
185 #endif
186
187 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
188 //
189 //     IMPLEMENTATION SECTION
190 //
191
192 #ifdef STB_RECT_PACK_IMPLEMENTATION
193 #ifndef STBRP_SORT
194 #include <stdlib.h>
195 #define STBRP_SORT qsort
196 #endif
197
198 #ifndef STBRP_ASSERT
199 #include <assert.h>
200 #define STBRP_ASSERT assert
201 #endif
202
203 #ifdef _MSC_VER
204 #define STBRP__NOTUSED(v)  (void)(v)
205 #else
206 #define STBRP__NOTUSED(v)  (void)sizeof(v)
207 #endif
208
209 enum
210 {
211    STBRP__INIT_skyline = 1
212 };
213
214 STBRP_DEF void stbrp_setup_heuristic(stbrp_context *context, int heuristic)
215 {
216    switch (context->init_mode) {
217       case STBRP__INIT_skyline:
218          STBRP_ASSERT(heuristic == STBRP_HEURISTIC_Skyline_BL_sortHeight || heuristic == STBRP_HEURISTIC_Skyline_BF_sortHeight);
219          context->heuristic = heuristic;
220          break;
221       default:
222          STBRP_ASSERT(0);
223    }
224 }
225
226 STBRP_DEF void stbrp_setup_allow_out_of_mem(stbrp_context *context, int allow_out_of_mem)
227 {
228    if (allow_out_of_mem)
229       // if it's ok to run out of memory, then don't bother aligning them;
230       // this gives better packing, but may fail due to OOM (even though
231       // the rectangles easily fit). @TODO a smarter approach would be to only
232       // quantize once we've hit OOM, then we could get rid of this parameter.
233       context->align = 1;
234    else {
235       // if it's not ok to run out of memory, then quantize the widths
236       // so that num_nodes is always enough nodes.
237       //
238       // I.e. num_nodes * align >= width
239       //                  align >= width / num_nodes
240       //                  align = ceil(width/num_nodes)
241
242       context->align = (context->width + context->num_nodes-1) / context->num_nodes;
243    }
244 }
245
246 STBRP_DEF void stbrp_init_target(stbrp_context *context, int width, int height, stbrp_node *nodes, int num_nodes)
247 {
248    int i;
249 #ifndef STBRP_LARGE_RECTS
250    STBRP_ASSERT(width <= 0xffff && height <= 0xffff);
251 #endif
252
253    for (i=0; i < num_nodes-1; ++i)
254       nodes[i].next = &nodes[i+1];
255    nodes[i].next = NULL;
256    context->init_mode = STBRP__INIT_skyline;
257    context->heuristic = STBRP_HEURISTIC_Skyline_default;
258    context->free_head = &nodes[0];
259    context->active_head = &context->extra[0];
260    context->width = width;
261    context->height = height;
262    context->num_nodes = num_nodes;
263    stbrp_setup_allow_out_of_mem(context, 0);
264
265    // node 0 is the full width, node 1 is the sentinel (lets us not store width explicitly)
266    context->extra[0].x = 0;
267    context->extra[0].y = 0;
268    context->extra[0].next = &context->extra[1];
269    context->extra[1].x = (stbrp_coord) width;
270 #ifdef STBRP_LARGE_RECTS
271    context->extra[1].y = (1<<30);
272 #else
273    context->extra[1].y = 65535;
274 #endif
275    context->extra[1].next = NULL;
276 }
277
278 // find minimum y position if it starts at x1
279 static int stbrp__skyline_find_min_y(stbrp_context *c, stbrp_node *first, int x0, int width, int *pwaste)
280 {
281    stbrp_node *node = first;
282    int x1 = x0 + width;
283    int min_y, visited_width, waste_area;
284
285    STBRP__NOTUSED(c);
286
287    STBRP_ASSERT(first->x <= x0);
288
289    #if 0
290    // skip in case we're past the node
291    while (node->next->x <= x0)
292       ++node;
293    #else
294    STBRP_ASSERT(node->next->x > x0); // we ended up handling this in the caller for efficiency
295    #endif
296
297    STBRP_ASSERT(node->x <= x0);
298
299    min_y = 0;
300    waste_area = 0;
301    visited_width = 0;
302    while (node->x < x1) {
303       if (node->y > min_y) {
304          // raise min_y higher.
305          // we've accounted for all waste up to min_y,
306          // but we'll now add more waste for everything we've visted
307          waste_area += visited_width * (node->y - min_y);
308          min_y = node->y;
309          // the first time through, visited_width might be reduced
310          if (node->x < x0)
311             visited_width += node->next->x - x0;
312          else
313             visited_width += node->next->x - node->x;
314       } else {
315          // add waste area
316          int under_width = node->next->x - node->x;
317          if (under_width + visited_width > width)
318             under_width = width - visited_width;
319          waste_area += under_width * (min_y - node->y);
320          visited_width += under_width;
321       }
322       node = node->next;
323    }
324
325    *pwaste = waste_area;
326    return min_y;
327 }
328
329 typedef struct
330 {
331    int x,y;
332    stbrp_node **prev_link;
333 } stbrp__findresult;
334
335 static stbrp__findresult stbrp__skyline_find_best_pos(stbrp_context *c, int width, int height)
336 {
337    int best_waste = (1<<30), best_x, best_y = (1 << 30);
338    stbrp__findresult fr;
339    stbrp_node **prev, *node, *tail, **best = NULL;
340
341    // align to multiple of c->align
342    width = (width + c->align - 1);
343    width -= width % c->align;
344    STBRP_ASSERT(width % c->align == 0);
345
346    node = c->active_head;
347    prev = &c->active_head;
348    while (node->x + width <= c->width) {
349       int y,waste;
350       y = stbrp__skyline_find_min_y(c, node, node->x, width, &waste);
351       if (c->heuristic == STBRP_HEURISTIC_Skyline_BL_sortHeight) { // actually just want to test BL
352          // bottom left
353          if (y < best_y) {
354             best_y = y;
355             best = prev;
356          }
357       } else {
358          // best-fit
359          if (y + height <= c->height) {
360             // can only use it if it first vertically
361             if (y < best_y || (y == best_y && waste < best_waste)) {
362                best_y = y;
363                best_waste = waste;
364                best = prev;
365             }
366          }
367       }
368       prev = &node->next;
369       node = node->next;
370    }
371
372    best_x = (best == NULL) ? 0 : (*best)->x;
373
374    // if doing best-fit (BF), we also have to try aligning right edge to each node position
375    //
376    // e.g, if fitting
377    //
378    //     ____________________
379    //    |____________________|
380    //
381    //            into
382    //
383    //   |                         |
384    //   |             ____________|
385    //   |____________|
386    //
387    // then right-aligned reduces waste, but bottom-left BL is always chooses left-aligned
388    //
389    // This makes BF take about 2x the time
390
391    if (c->heuristic == STBRP_HEURISTIC_Skyline_BF_sortHeight) {
392       tail = c->active_head;
393       node = c->active_head;
394       prev = &c->active_head;
395       // find first node that's admissible
396       while (tail->x < width)
397          tail = tail->next;
398       while (tail) {
399          int xpos = tail->x - width;
400          int y,waste;
401          STBRP_ASSERT(xpos >= 0);
402          // find the left position that matches this
403          while (node->next->x <= xpos) {
404             prev = &node->next;
405             node = node->next;
406          }
407          STBRP_ASSERT(node->next->x > xpos && node->x <= xpos);
408          y = stbrp__skyline_find_min_y(c, node, xpos, width, &waste);
409          if (y + height < c->height) {
410             if (y <= best_y) {
411                if (y < best_y || waste < best_waste || (waste==best_waste && xpos < best_x)) {
412                   best_x = xpos;
413                   STBRP_ASSERT(y <= best_y);
414                   best_y = y;
415                   best_waste = waste;
416                   best = prev;
417                }
418             }
419          }
420          tail = tail->next;
421       }         
422    }
423
424    fr.prev_link = best;
425    fr.x = best_x;
426    fr.y = best_y;
427    return fr;
428 }
429
430 static stbrp__findresult stbrp__skyline_pack_rectangle(stbrp_context *context, int width, int height)
431 {
432    // find best position according to heuristic
433    stbrp__findresult res = stbrp__skyline_find_best_pos(context, width, height);
434    stbrp_node *node, *cur;
435
436    // bail if:
437    //    1. it failed
438    //    2. the best node doesn't fit (we don't always check this)
439    //    3. we're out of memory
440    if (res.prev_link == NULL || res.y + height > context->height || context->free_head == NULL) {
441       res.prev_link = NULL;
442       return res;
443    }
444
445    // on success, create new node
446    node = context->free_head;
447    node->x = (stbrp_coord) res.x;
448    node->y = (stbrp_coord) (res.y + height);
449
450    context->free_head = node->next;
451
452    // insert the new node into the right starting point, and
453    // let 'cur' point to the remaining nodes needing to be
454    // stiched back in
455
456    cur = *res.prev_link;
457    if (cur->x < res.x) {
458       // preserve the existing one, so start testing with the next one
459       stbrp_node *next = cur->next;
460       cur->next = node;
461       cur = next;
462    } else {
463       *res.prev_link = node;
464    }
465
466    // from here, traverse cur and free the nodes, until we get to one
467    // that shouldn't be freed
468    while (cur->next && cur->next->x <= res.x + width) {
469       stbrp_node *next = cur->next;
470       // move the current node to the free list
471       cur->next = context->free_head;
472       context->free_head = cur;
473       cur = next;
474    }
475
476    // stitch the list back in
477    node->next = cur;
478
479    if (cur->x < res.x + width)
480       cur->x = (stbrp_coord) (res.x + width);
481
482 #ifdef _DEBUG
483    cur = context->active_head;
484    while (cur->x < context->width) {
485       STBRP_ASSERT(cur->x < cur->next->x);
486       cur = cur->next;
487    }
488    STBRP_ASSERT(cur->next == NULL);
489
490    {
491       stbrp_node *L1 = NULL, *L2 = NULL;
492       int count=0;
493       cur = context->active_head;
494       while (cur) {
495          L1 = cur;
496          cur = cur->next;
497          ++count;
498       }
499       cur = context->free_head;
500       while (cur) {
501          L2 = cur;
502          cur = cur->next;
503          ++count;
504       }
505       STBRP_ASSERT(count == context->num_nodes+2);
506    }
507 #endif
508
509    return res;
510 }
511
512 static int rect_height_compare(const void *a, const void *b)
513 {
514    const stbrp_rect *p = (const stbrp_rect *) a;
515    const stbrp_rect *q = (const stbrp_rect *) b;
516    if (p->h > q->h)
517       return -1;
518    if (p->h < q->h)
519       return  1;
520    return (p->w > q->w) ? -1 : (p->w < q->w);
521 }
522
523 static int rect_width_compare(const void *a, const void *b)
524 {
525    const stbrp_rect *p = (const stbrp_rect *) a;
526    const stbrp_rect *q = (const stbrp_rect *) b;
527    if (p->w > q->w)
528       return -1;
529    if (p->w < q->w)
530       return  1;
531    return (p->h > q->h) ? -1 : (p->h < q->h);
532 }
533
534 static int rect_original_order(const void *a, const void *b)
535 {
536    const stbrp_rect *p = (const stbrp_rect *) a;
537    const stbrp_rect *q = (const stbrp_rect *) b;
538    return (p->was_packed < q->was_packed) ? -1 : (p->was_packed > q->was_packed);
539 }
540
541 #ifdef STBRP_LARGE_RECTS
542 #define STBRP__MAXVAL  0xffffffff
543 #else
544 #define STBRP__MAXVAL  0xffff
545 #endif
546
547 STBRP_DEF void stbrp_pack_rects(stbrp_context *context, stbrp_rect *rects, int num_rects)
548 {
549    int i;
550
551    // we use the 'was_packed' field internally to allow sorting/unsorting
552    for (i=0; i < num_rects; ++i) {
553       rects[i].was_packed = i;
554       #ifndef STBRP_LARGE_RECTS
555       STBRP_ASSERT(rects[i].w <= 0xffff && rects[i].h <= 0xffff);
556       #endif
557    }
558
559    // sort according to heuristic
560    STBRP_SORT(rects, num_rects, sizeof(rects[0]), rect_height_compare);
561
562    for (i=0; i < num_rects; ++i) {
563       if (rects[i].w == 0 || rects[i].h == 0) {
564          rects[i].x = rects[i].y = 0;  // empty rect needs no space
565       } else {
566          stbrp__findresult fr = stbrp__skyline_pack_rectangle(context, rects[i].w, rects[i].h);
567          if (fr.prev_link) {
568             rects[i].x = (stbrp_coord) fr.x;
569             rects[i].y = (stbrp_coord) fr.y;
570          } else {
571             rects[i].x = rects[i].y = STBRP__MAXVAL;
572          }
573       }
574    }
575
576    // unsort
577    STBRP_SORT(rects, num_rects, sizeof(rects[0]), rect_original_order);
578
579    // set was_packed flags
580    for (i=0; i < num_rects; ++i)
581       rects[i].was_packed = !(rects[i].x == STBRP__MAXVAL && rects[i].y == STBRP__MAXVAL);
582 }
583 #endif