; LLVM IR from Hunterdii/GeeksforGeeks-POTD :: December 2024 GFG SOLUTION (December-16)

; 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"

; Function Attrs: nounwind uwtable
define dso_local i32 @kthElement(ptr noundef %0, i32 noundef %1, ptr noundef %2, i32 noundef %3, i32 noundef %4) #0 {
  %6 = alloca i32, align 4
  %7 = alloca ptr, align 8
  %8 = alloca i32, align 4
  %9 = alloca ptr, align 8
  %10 = alloca i32, align 4
  %11 = alloca i32, align 4
  %12 = alloca i32, align 4
  %13 = alloca i32, align 4
  %14 = alloca i32, align 4
  %15 = alloca i32, align 4
  %16 = alloca i32, align 4
  %17 = alloca i32, align 4
  %18 = alloca i32, align 4
  %19 = alloca i32, align 4
  %20 = alloca i32, align 4
  store ptr %0, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  store ptr %2, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  store i32 %3, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  store i32 %4, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %21 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %22 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %23 = icmp sgt i32 %21, %22
  br i1 %23, label %24, label %31

24:                                               ; preds = %5
  %25 = load ptr, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %26 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %27 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %28 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %29 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %30 = call i32 @kthElement(ptr noundef %25, i32 noundef %26, ptr noundef %27, i32 noundef %28, i32 noundef %29)
  store i32 %30, ptr %6, align 4
  br label %145

31:                                               ; preds = %5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %12) #2
  %32 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %33 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %34 = icmp sgt i32 %32, %33
  br i1 %34, label %35, label %39

35:                                               ; preds = %31
  %36 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %37 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %38 = sub nsw i32 %36, %37
  br label %40

39:                                               ; preds = %31
  br label %40

40:                                               ; preds = %39, %35
  %41 = phi i32 [ %38, %35 ], [ 0, %39 ]
  store i32 %41, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %13) #2
  %42 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %43 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %44 = icmp slt i32 %42, %43
  br i1 %44, label %45, label %47

45:                                               ; preds = %40
  %46 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  br label %49

47:                                               ; preds = %40
  %48 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  br label %49

49:                                               ; preds = %47, %45
  %50 = phi i32 [ %46, %45 ], [ %48, %47 ]
  store i32 %50, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  br label %51

51:                                               ; preds = %142, %49
  %52 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  %53 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  %54 = icmp sle i32 %52, %53
  br i1 %54, label %55, label %143

55:                                               ; preds = %51
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %14) #2
  %56 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  %57 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  %58 = add nsw i32 %56, %57
  %59 = sdiv i32 %58, 2
  store i32 %59, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %15) #2
  %60 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %61 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %62 = sub nsw i32 %60, %61
  store i32 %62, ptr %15, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %16) #2
  %63 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %64 = icmp sgt i32 %63, 0
  br i1 %64, label %65, label %72

65:                                               ; preds = %55
  %66 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %67 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %68 = sub nsw i32 %67, 1
  %69 = sext i32 %68 to i64
  %70 = getelementptr inbounds i32, ptr %66, i64 %69
  %71 = load i32, ptr %70, align 4, !tbaa !9
  br label %73

72:                                               ; preds = %55
  br label %73

73:                                               ; preds = %72, %65
  %74 = phi i32 [ %71, %65 ], [ -2147483648, %72 ]
  store i32 %74, ptr %16, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %17) #2
  %75 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !9
  %76 = icmp sgt i32 %75, 0
  br i1 %76, label %77, label %84

77:                                               ; preds = %73
  %78 = load ptr, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %79 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !9
  %80 = sub nsw i32 %79, 1
  %81 = sext i32 %80 to i64
  %82 = getelementptr inbounds i32, ptr %78, i64 %81
  %83 = load i32, ptr %82, align 4, !tbaa !9
  br label %85

84:                                               ; preds = %73
  br label %85

85:                                               ; preds = %84, %77
  %86 = phi i32 [ %83, %77 ], [ -2147483648, %84 ]
  store i32 %86, ptr %17, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %18) #2
  %87 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %88 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %89 = icmp slt i32 %87, %88
  br i1 %89, label %90, label %96

90:                                               ; preds = %85
  %91 = load ptr, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %92 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %93 = sext i32 %92 to i64
  %94 = getelementptr inbounds i32, ptr %91, i64 %93
  %95 = load i32, ptr %94, align 4, !tbaa !9
  br label %97

96:                                               ; preds = %85
  br label %97

97:                                               ; preds = %96, %90
  %98 = phi i32 [ %95, %90 ], [ 2147483647, %96 ]
  store i32 %98, ptr %18, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %19) #2
  %99 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !9
  %100 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %101 = icmp slt i32 %99, %100
  br i1 %101, label %102, label %108

102:                                              ; preds = %97
  %103 = load ptr, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %104 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !9
  %105 = sext i32 %104 to i64
  %106 = getelementptr inbounds i32, ptr %103, i64 %105
  %107 = load i32, ptr %106, align 4, !tbaa !9
  br label %109

108:                                              ; preds = %97
  br label %109

109:                                              ; preds = %108, %102
  %110 = phi i32 [ %107, %102 ], [ 2147483647, %108 ]
  store i32 %110, ptr %19, align 4, !tbaa !9
  %111 = load i32, ptr %16, align 4, !tbaa !9
  %112 = load i32, ptr %19, align 4, !tbaa !9
  %113 = icmp sle i32 %111, %112
  br i1 %113, label %114, label %128

114:                                              ; preds = %109
  %115 = load i32, ptr %17, align 4, !tbaa !9
  %116 = load i32, ptr %18, align 4, !tbaa !9
  %117 = icmp sle i32 %115, %116
  br i1 %117, label %118, label %128

118:                                              ; preds = %114
  %119 = load i32, ptr %16, align 4, !tbaa !9
  %120 = load i32, ptr %17, align 4, !tbaa !9
  %121 = icmp sgt i32 %119, %120
  br i1 %121, label %122, label %124

122:                                              ; preds = %118
  %123 = load i32, ptr %16, align 4, !tbaa !9
  br label %126

124:                                              ; preds = %118
  %125 = load i32, ptr %17, align 4, !tbaa !9
  br label %126

126:                                              ; preds = %124, %122
  %127 = phi i32 [ %123, %122 ], [ %125, %124 ]
  store i32 %127, ptr %6, align 4
  store i32 1, ptr %20, align 4
  br label %140

128:                                              ; preds = %114, %109
  %129 = load i32, ptr %16, align 4, !tbaa !9
  %130 = load i32, ptr %19, align 4, !tbaa !9
  %131 = icmp sgt i32 %129, %130
  br i1 %131, label %132, label %135

132:                                              ; preds = %128
  %133 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %134 = sub nsw i32 %133, 1
  store i32 %134, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  br label %138

135:                                              ; preds = %128
  %136 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %137 = add nsw i32 %136, 1
  store i32 %137, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  br label %138

138:                                              ; preds = %135, %132
  br label %139

139:                                              ; preds = %138
  store i32 0, ptr %20, align 4
  br label %140

140:                                              ; preds = %139, %126
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %19) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %18) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %17) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %16) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %15) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %14) #2
  %141 = load i32, ptr %20, align 4
  switch i32 %141, label %144 [
    i32 0, label %142
  ]

142:                                              ; preds = %140
  br label %51, !llvm.loop !11

143:                                              ; preds = %51
  store i32 -1, ptr %6, align 4
  store i32 1, ptr %20, align 4
  br label %144

144:                                              ; preds = %143, %140
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %13) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %12) #2
  br label %145

145:                                              ; preds = %144, %24
  %146 = load i32, ptr %6, align 4
  ret i32 %146
}

; 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 = !{!"any pointer", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !10, i64 0}
!10 = !{!"int", !7, i64 0}
!11 = distinct !{!11, !12}
!12 = !{!"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"

; Function Attrs: nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: read) uwtable
define dso_local i32 @kthElement(ptr nocapture noundef readonly %0, i32 noundef %1, ptr nocapture noundef readonly %2, i32 noundef %3, i32 noundef %4) local_unnamed_addr #0 {
  br label %tailrecurse

tailrecurse:                                      ; preds = %tailrecurse, %5
  %.tr = phi ptr [ %0, %5 ], [ %.tr72, %tailrecurse ]
  %.tr71 = phi i32 [ %1, %5 ], [ %.tr73, %tailrecurse ]
  %.tr72 = phi ptr [ %2, %5 ], [ %.tr, %tailrecurse ]
  %.tr73 = phi i32 [ %3, %5 ], [ %.tr71, %tailrecurse ]
  %6 = icmp sgt i32 %.tr71, %.tr73
  br i1 %6, label %tailrecurse, label %7

7:                                                ; preds = %tailrecurse
  %8 = icmp slt i32 %.tr73, %4
  %9 = sub nsw i32 %4, %.tr73
  %10 = select i1 %8, i32 %9, i32 0
  %11 = tail call i32 @llvm.smin.i32(i32 %4, i32 %.tr71)
  %invariant.gep = getelementptr i8, ptr %.tr, i64 -4
  %invariant.gep76 = getelementptr i8, ptr %.tr72, i64 -4
  %.not78 = icmp sgt i32 %10, %11
  br i1 %.not78, label %.loopexit, label %.lr.ph

.lr.ph:                                           ; preds = %7, %42
  %.04980 = phi i32 [ %.150, %42 ], [ %10, %7 ]
  %.05279 = phi i32 [ %.153, %42 ], [ %11, %7 ]
  %12 = add nsw i32 %.04980, %.05279
  %13 = sdiv i32 %12, 2
  %14 = sub nsw i32 %4, %13
  %15 = icmp sgt i32 %12, 1
  br i1 %15, label %16, label %19

16:                                               ; preds = %.lr.ph
  %17 = zext nneg i32 %13 to i64
  %gep = getelementptr i32, ptr %invariant.gep, i64 %17
  %18 = load i32, ptr %gep, align 4, !tbaa !5
  br label %19

19:                                               ; preds = %.lr.ph, %16
  %20 = phi i32 [ %18, %16 ], [ -2147483648, %.lr.ph ]
  %21 = icmp sgt i32 %14, 0
  br i1 %21, label %22, label %25

22:                                               ; preds = %19
  %23 = zext nneg i32 %14 to i64
  %gep77 = getelementptr i32, ptr %invariant.gep76, i64 %23
  %24 = load i32, ptr %gep77, align 4, !tbaa !5
  br label %25

25:                                               ; preds = %19, %22
  %26 = phi i32 [ %24, %22 ], [ -2147483648, %19 ]
  %27 = icmp slt i32 %13, %.tr71
  br i1 %27, label %28, label %32

28:                                               ; preds = %25
  %29 = sext i32 %13 to i64
  %30 = getelementptr inbounds i32, ptr %.tr, i64 %29
  %31 = load i32, ptr %30, align 4, !tbaa !5
  br label %32

32:                                               ; preds = %25, %28
  %33 = phi i32 [ %31, %28 ], [ 2147483647, %25 ]
  %34 = icmp slt i32 %14, %.tr73
  br i1 %34, label %35, label %39

35:                                               ; preds = %32
  %36 = sext i32 %14 to i64
  %37 = getelementptr inbounds i32, ptr %.tr72, i64 %36
  %38 = load i32, ptr %37, align 4, !tbaa !5
  br label %39

39:                                               ; preds = %32, %35
  %40 = phi i32 [ %38, %35 ], [ 2147483647, %32 ]
  %.not65 = icmp sgt i32 %20, %40
  %.not66 = icmp sgt i32 %26, %33
  %or.cond = select i1 %.not65, i1 true, i1 %.not66
  br i1 %or.cond, label %42, label %.thread

.thread:                                          ; preds = %39
  %41 = tail call i32 @llvm.smax.i32(i32 %20, i32 %26)
  br label %.loopexit

42:                                               ; preds = %39
  %43 = add nsw i32 %13, -1
  %44 = add nsw i32 %13, 1
  %.153 = select i1 %.not65, i32 %43, i32 %.05279
  %.150 = select i1 %.not65, i32 %.04980, i32 %44
  %.not = icmp sgt i32 %.150, %.153
  br i1 %.not, label %.loopexit, label %.lr.ph, !llvm.loop !9

.loopexit:                                        ; preds = %42, %7, %.thread
  %.3 = phi i32 [ %41, %.thread ], [ -1, %7 ], [ -1, %42 ]
  ret i32 %.3
}

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none)
declare i32 @llvm.smin.i32(i32, i32) #1

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind speculatable willreturn memory(none)
declare i32 @llvm.smax.i32(i32, i32) #1

attributes #0 = { nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: read) 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 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: CorrelatedValuePropagationPass,EarlyCSEPass,GVNPass,GlobalOptPass,IPSCCPPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,InstSimplifyPass,JumpThreadingPass,LCSSAPass,LICMPass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,PostOrderFunctionAttrsPass,SROAPass,SimplifyCFGPass,TailCallElimPass