; LLVM IR from brewlin/garbage-collect :: mark-sweep-multi-free-list (gc)

; Unoptimized IR (clang -disable-llvm-passes):
target datalayout = "e-m:e-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-i128:128-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

%struct.header = type { i64, i64, ptr }

@free_list = external dso_local global [33 x ptr], align 16

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.start.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.end.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

; Function Attrs: nounwind uwtable
define dso_local void @gc_free(ptr noundef %0) #1 {
  %2 = alloca ptr, align 8
  %3 = alloca ptr, align 8
  %4 = alloca ptr, align 8
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca i32, align 4
  store ptr %0, ptr %2, align 8, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %3) #3
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %4) #3
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %5) #3
  %7 = load ptr, ptr %2, align 8, !tbaa !5
  %8 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %7, i64 -1
  store ptr %8, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %9 = load ptr, ptr %2, align 8, !tbaa !5
  %10 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %11 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %10, i32 0, i32 1
  %12 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.memset.p0.i64(ptr align 1 %9, i8 0, i64 %12, i1 false)
  %13 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %14 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %13, i32 0, i32 1
  %15 = load i64, ptr %14, align 8, !tbaa !9
  %16 = sub i64 %15, 1
  %17 = lshr i64 %16, 3
  %18 = trunc i64 %17 to i32
  store i32 %18, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %19 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %20 = icmp sle i32 %19, 31
  br i1 %20, label %21, label %48

21:                                               ; preds = %1
  %22 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %23 = sext i32 %22 to i64
  %24 = getelementptr inbounds [33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 %23
  %25 = load ptr, ptr %24, align 8, !tbaa !5
  %26 = icmp ne ptr %25, null
  br i1 %26, label %27, label %42

27:                                               ; preds = %21
  %28 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %29 = sext i32 %28 to i64
  %30 = getelementptr inbounds [33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 %29
  %31 = load ptr, ptr %30, align 8, !tbaa !5
  %32 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %31, i32 0, i32 2
  %33 = load ptr, ptr %32, align 8, !tbaa !14
  %34 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %35 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %34, i32 0, i32 2
  store ptr %33, ptr %35, align 8, !tbaa !14
  %36 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %37 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %38 = sext i32 %37 to i64
  %39 = getelementptr inbounds [33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 %38
  %40 = load ptr, ptr %39, align 8, !tbaa !5
  %41 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %40, i32 0, i32 2
  store ptr %36, ptr %41, align 8, !tbaa !14
  br label %47

42:                                               ; preds = %21
  %43 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %44 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !12
  %45 = sext i32 %44 to i64
  %46 = getelementptr inbounds [33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 %45
  store ptr %43, ptr %46, align 8, !tbaa !5
  br label %47

47:                                               ; preds = %42, %27
  store i32 1, ptr %6, align 4
  br label %166

48:                                               ; preds = %1
  %49 = load ptr, ptr getelementptr inbounds ([33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 32), align 16, !tbaa !5
  %50 = icmp eq ptr %49, null
  br i1 %50, label %51, label %55

51:                                               ; preds = %48
  %52 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  store ptr %52, ptr getelementptr inbounds ([33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 32), align 16, !tbaa !5
  %53 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %54 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %53, i32 0, i32 0
  store i64 0, ptr %54, align 8, !tbaa !15
  store i32 1, ptr %6, align 4
  br label %166

55:                                               ; preds = %48
  %56 = load ptr, ptr getelementptr inbounds ([33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 32), align 16, !tbaa !5
  store ptr %56, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  br label %57

57:                                               ; preds = %93, %55
  %58 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %59 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %60 = icmp ugt ptr %58, %59
  br i1 %60, label %61, label %67

61:                                               ; preds = %57
  %62 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %63 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %64 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %63, i32 0, i32 2
  %65 = load ptr, ptr %64, align 8, !tbaa !14
  %66 = icmp ult ptr %62, %65
  br label %67

67:                                               ; preds = %61, %57
  %68 = phi i1 [ false, %57 ], [ %66, %61 ]
  %69 = xor i1 %68, true
  br i1 %69, label %70, label %97

70:                                               ; preds = %67
  %71 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %72 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %73 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %72, i32 0, i32 2
  %74 = load ptr, ptr %73, align 8, !tbaa !14
  %75 = icmp uge ptr %71, %74
  br i1 %75, label %76, label %92

76:                                               ; preds = %70
  %77 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %78 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %79 = icmp ugt ptr %77, %78
  br i1 %79, label %91, label %80

80:                                               ; preds = %76
  %81 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %82 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %83 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %82, i32 0, i32 2
  %84 = load ptr, ptr %83, align 8, !tbaa !14
  %85 = icmp ult ptr %81, %84
  br i1 %85, label %91, label %86

86:                                               ; preds = %80
  %87 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %88 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %87, i32 0, i32 2
  %89 = load ptr, ptr %88, align 8, !tbaa !14
  %90 = icmp eq ptr %89, null
  br i1 %90, label %91, label %92

91:                                               ; preds = %86, %80, %76
  br label %97

92:                                               ; preds = %86, %70
  br label %93

93:                                               ; preds = %92
  %94 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %95 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %94, i32 0, i32 2
  %96 = load ptr, ptr %95, align 8, !tbaa !14
  store ptr %96, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  br label %57, !llvm.loop !16

97:                                               ; preds = %91, %67
  %98 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %99 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %98, i64 1
  %100 = ptrtoint ptr %99 to i64
  %101 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %102 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %101, i32 0, i32 1
  %103 = load i64, ptr %102, align 8, !tbaa !9
  %104 = add i64 %100, %103
  %105 = inttoptr i64 %104 to ptr
  %106 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %107 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %106, i32 0, i32 2
  %108 = load ptr, ptr %107, align 8, !tbaa !14
  %109 = icmp eq ptr %105, %108
  br i1 %109, label %110, label %128

110:                                              ; preds = %97
  %111 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %112 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %111, i32 0, i32 2
  %113 = load ptr, ptr %112, align 8, !tbaa !14
  %114 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %113, i32 0, i32 1
  %115 = load i64, ptr %114, align 8, !tbaa !9
  %116 = add i64 %115, 24
  %117 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %118 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %117, i32 0, i32 1
  %119 = load i64, ptr %118, align 8, !tbaa !9
  %120 = add i64 %119, %116
  store i64 %120, ptr %118, align 8, !tbaa !9
  %121 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %122 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %121, i32 0, i32 2
  %123 = load ptr, ptr %122, align 8, !tbaa !14
  %124 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %123, i32 0, i32 2
  %125 = load ptr, ptr %124, align 8, !tbaa !14
  %126 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %127 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %126, i32 0, i32 2
  store ptr %125, ptr %127, align 8, !tbaa !14
  br label %134

128:                                              ; preds = %97
  %129 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %130 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %129, i32 0, i32 2
  %131 = load ptr, ptr %130, align 8, !tbaa !14
  %132 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %133 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %132, i32 0, i32 2
  store ptr %131, ptr %133, align 8, !tbaa !14
  br label %134

134:                                              ; preds = %128, %110
  %135 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %136 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %135, i64 1
  %137 = ptrtoint ptr %136 to i64
  %138 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %139 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %138, i32 0, i32 1
  %140 = load i64, ptr %139, align 8, !tbaa !9
  %141 = add i64 %137, %140
  %142 = inttoptr i64 %141 to ptr
  %143 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %144 = icmp eq ptr %142, %143
  br i1 %144, label %145, label %159

145:                                              ; preds = %134
  %146 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %147 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %146, i32 0, i32 1
  %148 = load i64, ptr %147, align 8, !tbaa !9
  %149 = add i64 %148, 24
  %150 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %151 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %150, i32 0, i32 1
  %152 = load i64, ptr %151, align 8, !tbaa !9
  %153 = add i64 %152, %149
  store i64 %153, ptr %151, align 8, !tbaa !9
  %154 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %155 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %154, i32 0, i32 2
  %156 = load ptr, ptr %155, align 8, !tbaa !14
  %157 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %158 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %157, i32 0, i32 2
  store ptr %156, ptr %158, align 8, !tbaa !14
  br label %163

159:                                              ; preds = %134
  %160 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %161 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %162 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %161, i32 0, i32 2
  store ptr %160, ptr %162, align 8, !tbaa !14
  br label %163

163:                                              ; preds = %159, %145
  %164 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %165 = getelementptr inbounds %struct.header, ptr %164, i32 0, i32 0
  store i64 0, ptr %165, align 8, !tbaa !15
  store i32 0, ptr %6, align 4
  br label %166

166:                                              ; preds = %163, %51, %47
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %5) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %4) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %3) #3
  %167 = load i32, ptr %6, align 4
  switch i32 %167, label %169 [
    i32 0, label %168
    i32 1, label %168
  ]

168:                                              ; preds = %166, %166
  ret void

169:                                              ; preds = %166
  unreachable
}

; Function Attrs: nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: write)
declare void @llvm.memset.p0.i64(ptr nocapture writeonly, i8, i64, i1 immarg) #2

attributes #0 = { nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }
attributes #1 = { nounwind uwtable "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cmov,+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #2 = { nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: write) }
attributes #3 = { nounwind }

!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3}
!llvm.ident = !{!4}

!0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!1 = !{i32 8, !"PIC Level", i32 2}
!2 = !{i32 7, !"PIE Level", i32 2}
!3 = !{i32 7, !"uwtable", i32 2}
!4 = !{!"clang version 19.1.0 (git@github.com:llvm/llvm-project.git a4bf6cd7cfb1a1421ba92bca9d017b49936c55e4)"}
!5 = !{!6, !6, i64 0}
!6 = !{!"any pointer", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !11, i64 8}
!10 = !{!"header", !11, i64 0, !11, i64 8, !6, i64 16}
!11 = !{!"long", !7, i64 0}
!12 = !{!13, !13, i64 0}
!13 = !{!"int", !7, i64 0}
!14 = !{!10, !6, i64 16}
!15 = !{!10, !11, i64 0}
!16 = distinct !{!16, !17}
!17 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}


; Optimized IR (opt -passes='default<O3>'):
target datalayout = "e-m:e-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-i128:128-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

@free_list = external dso_local local_unnamed_addr global [33 x ptr], align 16

; Function Attrs: nofree norecurse nosync nounwind memory(readwrite, inaccessiblemem: none) uwtable
define dso_local void @gc_free(ptr noundef %0) local_unnamed_addr #0 {
  %2 = getelementptr inbounds i8, ptr %0, i64 -24
  %3 = getelementptr inbounds i8, ptr %0, i64 -16
  %4 = load i64, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  tail call void @llvm.memset.p0.i64(ptr align 1 %0, i8 0, i64 %4, i1 false)
  %5 = add i64 %4, 34359738367
  %6 = lshr i64 %5, 3
  %7 = trunc i64 %6 to i32
  %8 = icmp slt i32 %7, 32
  br i1 %8, label %9, label %20

9:                                                ; preds = %1
  %sext = shl i64 %6, 32
  %10 = ashr exact i64 %sext, 32
  %11 = getelementptr inbounds [33 x ptr], ptr @free_list, i64 0, i64 %10
  %12 = load ptr, ptr %11, align 8, !tbaa !11
  %.not51 = icmp eq ptr %12, null
  br i1 %.not51, label %19, label %13

13:                                               ; preds = %9
  %14 = getelementptr inbounds i8, ptr %12, i64 16
  %15 = load ptr, ptr %14, align 8, !tbaa !12
  %16 = getelementptr inbounds i8, ptr %0, i64 -8
  store ptr %15, ptr %16, align 8, !tbaa !12
  %17 = load ptr, ptr %11, align 8, !tbaa !11
  %18 = getelementptr inbounds i8, ptr %17, i64 16
  store ptr %2, ptr %18, align 8, !tbaa !12
  br label %65

19:                                               ; preds = %9
  store ptr %2, ptr %11, align 8, !tbaa !11
  br label %65

20:                                               ; preds = %1
  %21 = load ptr, ptr getelementptr inbounds (i8, ptr @free_list, i64 256), align 16, !tbaa !11
  %22 = icmp eq ptr %21, null
  br i1 %22, label %27, label %.preheader.preheader

.preheader.preheader:                             ; preds = %20
  %23 = icmp ugt ptr %2, %21
  %24 = getelementptr inbounds i8, ptr %21, i64 16
  %25 = load ptr, ptr %24, align 8, !tbaa !12
  %26 = icmp ult ptr %2, %25
  %or.cond53 = select i1 %23, i1 %26, i1 false
  br i1 %or.cond53, label %.preheader._crit_edge, label %.critedge

27:                                               ; preds = %20
  store ptr %2, ptr getelementptr inbounds (i8, ptr @free_list, i64 256), align 16, !tbaa !11
  store i64 0, ptr %2, align 8, !tbaa !13
  br label %65

.critedge:                                        ; preds = %.preheader.preheader, %.preheader
  %28 = phi ptr [ %36, %.preheader ], [ %25, %.preheader.preheader ]
  %29 = phi i1 [ %34, %.preheader ], [ %23, %.preheader.preheader ]
  %.054 = phi ptr [ %28, %.preheader ], [ %21, %.preheader.preheader ]
  %.not = icmp ult ptr %.054, %28
  br i1 %.not, label %.preheader, label %30

30:                                               ; preds = %.critedge
  %31 = icmp ult ptr %2, %28
  %32 = icmp eq ptr %28, null
  %33 = or i1 %31, %32
  %or.cond52 = or i1 %29, %33
  br i1 %or.cond52, label %.preheader._crit_edge, label %.preheader

.preheader:                                       ; preds = %30, %.critedge
  %34 = icmp ugt ptr %2, %28
  %35 = getelementptr inbounds i8, ptr %28, i64 16
  %36 = load ptr, ptr %35, align 8, !tbaa !12
  %37 = icmp ult ptr %2, %36
  %or.cond = select i1 %34, i1 %37, i1 false
  br i1 %or.cond, label %.preheader._crit_edge, label %.critedge, !llvm.loop !14

.preheader._crit_edge:                            ; preds = %30, %.preheader, %.preheader.preheader
  %.0.lcssa = phi ptr [ %21, %.preheader.preheader ], [ %.054, %30 ], [ %28, %.preheader ]
  %.lcssa = phi ptr [ %25, %.preheader.preheader ], [ %28, %30 ], [ %36, %.preheader ]
  %38 = ptrtoint ptr %0 to i64
  %39 = add i64 %4, %38
  %40 = inttoptr i64 %39 to ptr
  %41 = getelementptr inbounds i8, ptr %.0.lcssa, i64 16
  %42 = icmp eq ptr %.lcssa, %40
  br i1 %42, label %43, label %50

43:                                               ; preds = %.preheader._crit_edge
  %44 = getelementptr inbounds i8, ptr %.lcssa, i64 8
  %45 = load i64, ptr %44, align 8, !tbaa !5
  %46 = add i64 %4, 24
  %47 = add i64 %46, %45
  store i64 %47, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %48 = getelementptr inbounds i8, ptr %.lcssa, i64 16
  %49 = load ptr, ptr %48, align 8, !tbaa !12
  br label %50

50:                                               ; preds = %.preheader._crit_edge, %43
  %51 = phi i64 [ %47, %43 ], [ %4, %.preheader._crit_edge ]
  %52 = phi ptr [ %49, %43 ], [ %.lcssa, %.preheader._crit_edge ]
  %53 = getelementptr inbounds i8, ptr %0, i64 -8
  store ptr %52, ptr %53, align 8
  %54 = getelementptr inbounds i8, ptr %.0.lcssa, i64 24
  %55 = ptrtoint ptr %54 to i64
  %56 = getelementptr inbounds i8, ptr %.0.lcssa, i64 8
  %57 = load i64, ptr %56, align 8, !tbaa !5
  %58 = add i64 %57, %55
  %59 = inttoptr i64 %58 to ptr
  %60 = icmp eq ptr %2, %59
  br i1 %60, label %61, label %64

61:                                               ; preds = %50
  %62 = add i64 %57, 24
  %63 = add i64 %62, %51
  store i64 %63, ptr %56, align 8, !tbaa !5
  br label %64

64:                                               ; preds = %50, %61
  %storemerge = phi ptr [ %52, %61 ], [ %2, %50 ]
  store ptr %storemerge, ptr %41, align 8, !tbaa !12
  store i64 0, ptr %2, align 8, !tbaa !13
  br label %65

65:                                               ; preds = %13, %19, %64, %27
  ret void
}

; Function Attrs: mustprogress nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: write)
declare void @llvm.memset.p0.i64(ptr nocapture writeonly, i8, i64, i1 immarg) #1

attributes #0 = { nofree norecurse nosync nounwind memory(readwrite, inaccessiblemem: none) uwtable "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cmov,+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #1 = { mustprogress nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: write) }

!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3}
!llvm.ident = !{!4}

!0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!1 = !{i32 8, !"PIC Level", i32 2}
!2 = !{i32 7, !"PIE Level", i32 2}
!3 = !{i32 7, !"uwtable", i32 2}
!4 = !{!"clang version 19.1.0 (git@github.com:llvm/llvm-project.git a4bf6cd7cfb1a1421ba92bca9d017b49936c55e4)"}
!5 = !{!6, !7, i64 8}
!6 = !{!"header", !7, i64 0, !7, i64 8, !10, i64 16}
!7 = !{!"long", !8, i64 0}
!8 = !{!"omnipotent char", !9, i64 0}
!9 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!10 = !{!"any pointer", !8, i64 0}
!11 = !{!10, !10, i64 0}
!12 = !{!6, !10, i64 16}
!13 = !{!6, !7, i64 0}
!14 = distinct !{!14, !15}
!15 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}


; Effective O3 passes: BDCEPass,EarlyCSEPass,GVNPass,GlobalOptPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,JumpThreadingPass,LCSSAPass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,MergedLoadStoreMotionPass,PostOrderFunctionAttrsPass,ReassociatePass,SROAPass,SimplifyCFGPass,TailCallElimPass