; LLVM IR from sbshah97/DS-Algo-Handbook :: Algorithms/Sort_Algorithms/Merge_Sort (merge_Sort)

; 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"

@arr = external dso_local global [100 x i32], align 16
@b = external dso_local global [100 x i32], align 16

; Function Attrs: nounwind uwtable
define dso_local void @merge(i32 noundef %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2) #0 {
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca i32, align 4
  %7 = alloca i32, align 4
  %8 = alloca i32, align 4
  %9 = alloca i32, align 4
  store i32 %0, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  store i32 %2, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %7) #2
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %8) #2
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  %10 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %10, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %11 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %11, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %12 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %13 = add nsw i32 %12, 1
  store i32 %13, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  br label %14

14:                                               ; preds = %53, %3
  %15 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %16 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %17 = icmp sle i32 %15, %16
  br i1 %17, label %18, label %22

18:                                               ; preds = %14
  %19 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %20 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %21 = icmp sle i32 %19, %20
  br label %22

22:                                               ; preds = %18, %14
  %23 = phi i1 [ false, %14 ], [ %21, %18 ]
  br i1 %23, label %24, label %56

24:                                               ; preds = %22
  %25 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %26 = sext i32 %25 to i64
  %27 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %26
  %28 = load i32, ptr %27, align 4, !tbaa !5
  %29 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %30 = sext i32 %29 to i64
  %31 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %30
  %32 = load i32, ptr %31, align 4, !tbaa !5
  %33 = icmp sle i32 %28, %32
  br i1 %33, label %34, label %43

34:                                               ; preds = %24
  %35 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %36 = add nsw i32 %35, 1
  store i32 %36, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %37 = sext i32 %35 to i64
  %38 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %37
  %39 = load i32, ptr %38, align 4, !tbaa !5
  %40 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %41 = sext i32 %40 to i64
  %42 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %41
  store i32 %39, ptr %42, align 4, !tbaa !5
  br label %52

43:                                               ; preds = %24
  %44 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %45 = add nsw i32 %44, 1
  store i32 %45, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %46 = sext i32 %44 to i64
  %47 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %46
  %48 = load i32, ptr %47, align 4, !tbaa !5
  %49 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %50 = sext i32 %49 to i64
  %51 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %50
  store i32 %48, ptr %51, align 4, !tbaa !5
  br label %52

52:                                               ; preds = %43, %34
  br label %53

53:                                               ; preds = %52
  %54 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %55 = add nsw i32 %54, 1
  store i32 %55, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %14, !llvm.loop !9

56:                                               ; preds = %22
  br label %57

57:                                               ; preds = %61, %56
  %58 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %59 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %60 = icmp sle i32 %58, %59
  br i1 %60, label %61, label %71

61:                                               ; preds = %57
  %62 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %63 = add nsw i32 %62, 1
  store i32 %63, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %64 = sext i32 %62 to i64
  %65 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %64
  %66 = load i32, ptr %65, align 4, !tbaa !5
  %67 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %68 = add nsw i32 %67, 1
  store i32 %68, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %69 = sext i32 %67 to i64
  %70 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %69
  store i32 %66, ptr %70, align 4, !tbaa !5
  br label %57, !llvm.loop !11

71:                                               ; preds = %57
  br label %72

72:                                               ; preds = %76, %71
  %73 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %74 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %75 = icmp sle i32 %73, %74
  br i1 %75, label %76, label %86

76:                                               ; preds = %72
  %77 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %78 = add nsw i32 %77, 1
  store i32 %78, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %79 = sext i32 %77 to i64
  %80 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %79
  %81 = load i32, ptr %80, align 4, !tbaa !5
  %82 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %83 = add nsw i32 %82, 1
  store i32 %83, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %84 = sext i32 %82 to i64
  %85 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %84
  store i32 %81, ptr %85, align 4, !tbaa !5
  br label %72, !llvm.loop !12

86:                                               ; preds = %72
  %87 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %87, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %88

88:                                               ; preds = %100, %86
  %89 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %90 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %91 = icmp sle i32 %89, %90
  br i1 %91, label %92, label %103

92:                                               ; preds = %88
  %93 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %94 = sext i32 %93 to i64
  %95 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %94
  %96 = load i32, ptr %95, align 4, !tbaa !5
  %97 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %98 = sext i32 %97 to i64
  %99 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %98
  store i32 %96, ptr %99, align 4, !tbaa !5
  br label %100

100:                                              ; preds = %92
  %101 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %102 = add nsw i32 %101, 1
  store i32 %102, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %88, !llvm.loop !13

103:                                              ; preds = %88
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %8) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %7) #2
  ret void
}

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.start.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #1

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.end.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #1

attributes #0 = { 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 #1 = { nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }
attributes #2 = { 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 = !{!"int", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = distinct !{!9, !10}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!11 = distinct !{!11, !10}
!12 = distinct !{!12, !10}
!13 = distinct !{!13, !10}


; 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"

@arr = external dso_local local_unnamed_addr global [100 x i32], align 16
@b = external dso_local local_unnamed_addr global [100 x i32], align 16

; Function Attrs: nofree norecurse nosync nounwind memory(readwrite, argmem: none, inaccessiblemem: none) uwtable
define dso_local void @merge(i32 noundef %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2) local_unnamed_addr #0 {
  %4 = add i32 %1, 1
  %5 = icmp sle i32 %0, %1
  %6 = icmp slt i32 %1, %2
  %7 = and i1 %5, %6
  br i1 %7, label %.lr.ph.preheader, label %.preheader41

.lr.ph.preheader:                                 ; preds = %3
  %8 = sext i32 %0 to i64
  br label %.lr.ph

.preheader41.loopexit:                            ; preds = %.lr.ph
  %9 = trunc nsw i64 %indvars.iv.next to i32
  br label %.preheader41

.preheader41:                                     ; preds = %.preheader41.loopexit, %3
  %.031.lcssa = phi i32 [ %0, %3 ], [ %.132, %.preheader41.loopexit ]
  %.028.lcssa = phi i32 [ %4, %3 ], [ %.129, %.preheader41.loopexit ]
  %.0.lcssa = phi i32 [ %0, %3 ], [ %9, %.preheader41.loopexit ]
  %.not47 = icmp sgt i32 %.031.lcssa, %1
  br i1 %.not47, label %.preheader40, label %.lr.ph50.preheader

.lr.ph50.preheader:                               ; preds = %.preheader41
  %10 = sext i32 %.0.lcssa to i64
  %11 = shl nsw i64 %10, 2
  %scevgep = getelementptr i8, ptr @b, i64 %11
  %12 = sext i32 %.031.lcssa to i64
  %13 = shl nsw i64 %12, 2
  %scevgep61 = getelementptr i8, ptr @arr, i64 %13
  %14 = sub i32 %1, %.031.lcssa
  %15 = zext i32 %14 to i64
  %16 = shl nuw nsw i64 %15, 2
  %17 = add nuw nsw i64 %16, 4
  tail call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep, ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep61, i64 %17, i1 false), !tbaa !5
  %18 = add i32 %.0.lcssa, %14
  %19 = add i32 %18, 1
  br label %.preheader40

.lr.ph:                                           ; preds = %.lr.ph.preheader, %.lr.ph
  %indvars.iv = phi i64 [ %8, %.lr.ph.preheader ], [ %indvars.iv.next, %.lr.ph ]
  %.02843 = phi i32 [ %4, %.lr.ph.preheader ], [ %.129, %.lr.ph ]
  %.03142 = phi i32 [ %0, %.lr.ph.preheader ], [ %.132, %.lr.ph ]
  %20 = sext i32 %.03142 to i64
  %21 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %20
  %22 = load i32, ptr %21, align 4, !tbaa !5
  %23 = sext i32 %.02843 to i64
  %24 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @arr, i64 0, i64 %23
  %25 = load i32, ptr %24, align 4, !tbaa !5
  %.not39 = icmp sle i32 %22, %25
  %.sink = tail call i32 @llvm.smin.i32(i32 %22, i32 %25)
  %26 = zext i1 %.not39 to i32
  %.132 = add nsw i32 %.03142, %26
  %not..not39 = xor i1 %.not39, true
  %27 = zext i1 %not..not39 to i32
  %.129 = add nsw i32 %.02843, %27
  %28 = getelementptr inbounds [100 x i32], ptr @b, i64 0, i64 %indvars.iv
  store i32 %.sink, ptr %28, align 4
  %indvars.iv.next = add nsw i64 %indvars.iv, 1
  %29 = icmp sle i32 %.132, %1
  %30 = icmp sle i32 %.129, %2
  %31 = select i1 %29, i1 %30, i1 false
  br i1 %31, label %.lr.ph, label %.preheader41.loopexit, !llvm.loop !9

.preheader40:                                     ; preds = %.lr.ph50.preheader, %.preheader41
  %.1.lcssa = phi i32 [ %.0.lcssa, %.preheader41 ], [ %19, %.lr.ph50.preheader ]
  %.not3752 = icmp sgt i32 %.028.lcssa, %2
  br i1 %.not3752, label %.preheader, label %.lr.ph55.preheader

.lr.ph55.preheader:                               ; preds = %.preheader40
  %32 = sext i32 %.1.lcssa to i64
  %33 = shl nsw i64 %32, 2
  %scevgep69 = getelementptr i8, ptr @b, i64 %33
  %34 = sext i32 %.028.lcssa to i64
  %35 = shl nsw i64 %34, 2
  %scevgep70 = getelementptr i8, ptr @arr, i64 %35
  %36 = sub i32 %2, %.028.lcssa
  %37 = zext i32 %36 to i64
  %38 = shl nuw nsw i64 %37, 2
  %39 = add nuw nsw i64 %38, 4
  tail call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep69, ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep70, i64 %39, i1 false), !tbaa !5
  br label %.preheader

.preheader:                                       ; preds = %.lr.ph55.preheader, %.preheader40
  %.not3856 = icmp sgt i32 %0, %2
  br i1 %.not3856, label %._crit_edge, label %.lr.ph58.preheader

.lr.ph58.preheader:                               ; preds = %.preheader
  %40 = sext i32 %0 to i64
  %41 = shl nsw i64 %40, 2
  %scevgep78 = getelementptr i8, ptr @arr, i64 %41
  %scevgep79 = getelementptr i8, ptr @b, i64 %41
  %42 = sub i32 %2, %0
  %43 = zext i32 %42 to i64
  %44 = shl nuw nsw i64 %43, 2
  %45 = add nuw nsw i64 %44, 4
  tail call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep78, ptr noundef nonnull align 4 dereferenceable(1) %scevgep79, i64 %45, i1 false), !tbaa !5
  br label %._crit_edge

._crit_edge:                                      ; preds = %.lr.ph58.preheader, %.preheader
  ret void
}

; Function Attrs: nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr noalias nocapture writeonly, ptr noalias nocapture readonly, i64, i1 immarg) #1

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none)
declare i32 @llvm.smin.i32(i32, i32) #2

attributes #0 = { nofree norecurse nosync nounwind memory(readwrite, argmem: none, 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 = { nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }
attributes #2 = { nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none) }

!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 = !{!"int", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = distinct !{!9, !10}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}


; Effective O3 passes: EarlyCSEPass,GVNPass,GlobalOptPass,IndVarSimplifyPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,InstSimplifyPass,LCSSAPass,LoopIdiomRecognizePass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,MergedLoadStoreMotionPass,PostOrderFunctionAttrsPass,SCCPPass,SROAPass,SimplifyCFGPass,TailCallElimPass