; LLVM IR from Hunterdii/GeeksforGeeks-POTD :: December 2024 GFG SOLUTION (December-12)

; 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 @countFreq(ptr noundef %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2) #0 {
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca ptr, align 8
  %6 = alloca i32, align 4
  %7 = alloca i32, align 4
  %8 = alloca i32, align 4
  %9 = alloca i32, align 4
  %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
  store ptr %0, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  store i32 %2, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %8) #2
  store i32 0, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  %15 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %16 = sub nsw i32 %15, 1
  store i32 %16, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  br label %17

17:                                               ; preds = %40, %3
  %18 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %19 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %20 = icmp slt i32 %18, %19
  br i1 %20, label %21, label %41

21:                                               ; preds = %17
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %10) #2
  %22 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %23 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %24 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %25 = sub nsw i32 %23, %24
  %26 = sdiv i32 %25, 2
  %27 = add nsw i32 %22, %26
  store i32 %27, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %28 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %29 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %30 = sext i32 %29 to i64
  %31 = getelementptr inbounds i32, ptr %28, i64 %30
  %32 = load i32, ptr %31, align 4, !tbaa !9
  %33 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %34 = icmp slt i32 %32, %33
  br i1 %34, label %35, label %38

35:                                               ; preds = %21
  %36 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  %37 = add nsw i32 %36, 1
  store i32 %37, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  br label %40

38:                                               ; preds = %21
  %39 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !9
  store i32 %39, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  br label %40

40:                                               ; preds = %38, %35
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %10) #2
  br label %17, !llvm.loop !11

41:                                               ; preds = %17
  %42 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %43 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %44 = sext i32 %43 to i64
  %45 = getelementptr inbounds i32, ptr %42, i64 %44
  %46 = load i32, ptr %45, align 4, !tbaa !9
  %47 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %48 = icmp ne i32 %46, %47
  br i1 %48, label %49, label %50

49:                                               ; preds = %41
  store i32 0, ptr %4, align 4
  store i32 1, ptr %11, align 4
  br label %85

50:                                               ; preds = %41
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %12) #2
  %51 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  store i32 %51, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  %52 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %53 = sub nsw i32 %52, 1
  store i32 %53, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  br label %54

54:                                               ; preds = %78, %50
  %55 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %56 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %57 = icmp slt i32 %55, %56
  br i1 %57, label %58, label %79

58:                                               ; preds = %54
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %13) #2
  %59 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %60 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %61 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %62 = sub nsw i32 %60, %61
  %63 = add nsw i32 %62, 1
  %64 = sdiv i32 %63, 2
  %65 = add nsw i32 %59, %64
  store i32 %65, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  %66 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %67 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  %68 = sext i32 %67 to i64
  %69 = getelementptr inbounds i32, ptr %66, i64 %68
  %70 = load i32, ptr %69, align 4, !tbaa !9
  %71 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %72 = icmp sgt i32 %70, %71
  br i1 %72, label %73, label %76

73:                                               ; preds = %58
  %74 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  %75 = sub nsw i32 %74, 1
  store i32 %75, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  br label %78

76:                                               ; preds = %58
  %77 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !9
  store i32 %77, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  br label %78

78:                                               ; preds = %76, %73
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %13) #2
  br label %54, !llvm.loop !13

79:                                               ; preds = %54
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %14) #2
  %80 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  store i32 %80, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %81 = load i32, ptr %14, align 4, !tbaa !9
  %82 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  %83 = sub nsw i32 %81, %82
  %84 = add nsw i32 %83, 1
  store i32 %84, ptr %4, align 4
  store i32 1, ptr %11, align 4
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %14) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %12) #2
  br label %85

85:                                               ; preds = %79, %49
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %8) #2
  %86 = load i32, ptr %4, align 4
  ret i32 %86
}

; 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"}
!13 = distinct !{!13, !12}


; 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 @countFreq(ptr nocapture noundef readonly %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2) local_unnamed_addr #0 {
  %4 = add nsw i32 %1, -1
  %5 = icmp sgt i32 %1, 1
  br i1 %5, label %.lr.ph, label %._crit_edge

.lr.ph:                                           ; preds = %3, %.lr.ph
  %.02936 = phi i32 [ %.1, %.lr.ph ], [ 0, %3 ]
  %.03035 = phi i32 [ %.131, %.lr.ph ], [ %4, %3 ]
  %6 = sub nsw i32 %.03035, %.02936
  %7 = sdiv i32 %6, 2
  %8 = add nsw i32 %7, %.02936
  %9 = sext i32 %8 to i64
  %10 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %9
  %11 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %12 = icmp slt i32 %11, %2
  %13 = add nsw i32 %8, 1
  %.131 = select i1 %12, i32 %.03035, i32 %8
  %.1 = select i1 %12, i32 %13, i32 %.02936
  %14 = icmp slt i32 %.1, %.131
  br i1 %14, label %.lr.ph, label %._crit_edge, !llvm.loop !9

._crit_edge:                                      ; preds = %.lr.ph, %3
  %.029.lcssa = phi i32 [ 0, %3 ], [ %.1, %.lr.ph ]
  %15 = sext i32 %.029.lcssa to i64
  %16 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %15
  %17 = load i32, ptr %16, align 4, !tbaa !5
  %.not = icmp eq i32 %17, %2
  br i1 %.not, label %.preheader, label %30

.preheader:                                       ; preds = %._crit_edge
  %18 = icmp slt i32 %.029.lcssa, %4
  br i1 %18, label %.lr.ph39, label %._crit_edge40

.lr.ph39:                                         ; preds = %.preheader, %.lr.ph39
  %.238 = phi i32 [ %.3, %.lr.ph39 ], [ %.029.lcssa, %.preheader ]
  %.23237 = phi i32 [ %.333, %.lr.ph39 ], [ %4, %.preheader ]
  %19 = add nsw i32 %.23237, 1
  %20 = sub i32 %19, %.238
  %21 = sdiv i32 %20, 2
  %22 = add nsw i32 %21, %.238
  %23 = sext i32 %22 to i64
  %24 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %23
  %25 = load i32, ptr %24, align 4, !tbaa !5
  %26 = icmp sgt i32 %25, %2
  %27 = add nsw i32 %22, -1
  %.333 = select i1 %26, i32 %27, i32 %.23237
  %.3 = select i1 %26, i32 %.238, i32 %22
  %28 = icmp slt i32 %.3, %.333
  br i1 %28, label %.lr.ph39, label %._crit_edge40, !llvm.loop !11

._crit_edge40:                                    ; preds = %.lr.ph39, %.preheader
  %.232.lcssa = phi i32 [ %4, %.preheader ], [ %.333, %.lr.ph39 ]
  %reass.sub = sub i32 %.232.lcssa, %.029.lcssa
  %29 = add i32 %reass.sub, 1
  br label %30

30:                                               ; preds = %._crit_edge, %._crit_edge40
  %.0 = phi i32 [ %29, %._crit_edge40 ], [ 0, %._crit_edge ]
  ret i32 %.0
}

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" }

!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}


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