; LLVM IR from Hunterdii/GeeksforGeeks-POTD :: February 2025 GFG SOLUTION (February-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"

%struct.Node = type { i32, ptr, ptr }

; 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 i32 @kthSmallest(ptr noundef %0, i32 noundef %1) #1 {
  %3 = alloca i32, align 4
  %4 = alloca ptr, align 8
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca ptr, align 8
  %7 = alloca i32, align 4
  store ptr %0, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %5, align 4, !tbaa !9
  br label %8

8:                                                ; preds = %79, %2
  %9 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %10 = icmp ne ptr %9, null
  br i1 %10, label %11, label %80

11:                                               ; preds = %8
  %12 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %13 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %12, i32 0, i32 2
  %14 = load ptr, ptr %13, align 8, !tbaa !11
  %15 = icmp ne ptr %14, null
  br i1 %15, label %28, label %16

16:                                               ; preds = %11
  %17 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !9
  %18 = add nsw i32 %17, -1
  store i32 %18, ptr %5, align 4, !tbaa !9
  %19 = icmp eq i32 %18, 0
  br i1 %19, label %20, label %24

20:                                               ; preds = %16
  %21 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %22 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %21, i32 0, i32 0
  %23 = load i32, ptr %22, align 8, !tbaa !13
  store i32 %23, ptr %3, align 4
  br label %81

24:                                               ; preds = %16
  %25 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %26 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %25, i32 0, i32 1
  %27 = load ptr, ptr %26, align 8, !tbaa !14
  store ptr %27, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  br label %79

28:                                               ; preds = %11
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %6) #2
  %29 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %30 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %29, i32 0, i32 2
  %31 = load ptr, ptr %30, align 8, !tbaa !11
  store ptr %31, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  br label %32

32:                                               ; preds = %45, %28
  %33 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %34 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %33, i32 0, i32 1
  %35 = load ptr, ptr %34, align 8, !tbaa !14
  %36 = icmp ne ptr %35, null
  br i1 %36, label %37, label %43

37:                                               ; preds = %32
  %38 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %39 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %38, i32 0, i32 1
  %40 = load ptr, ptr %39, align 8, !tbaa !14
  %41 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %42 = icmp ne ptr %40, %41
  br label %43

43:                                               ; preds = %37, %32
  %44 = phi i1 [ false, %32 ], [ %42, %37 ]
  br i1 %44, label %45, label %49

45:                                               ; preds = %43
  %46 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %47 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %46, i32 0, i32 1
  %48 = load ptr, ptr %47, align 8, !tbaa !14
  store ptr %48, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  br label %32, !llvm.loop !15

49:                                               ; preds = %43
  %50 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %51 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %50, i32 0, i32 1
  %52 = load ptr, ptr %51, align 8, !tbaa !14
  %53 = icmp ne ptr %52, null
  br i1 %53, label %61, label %54

54:                                               ; preds = %49
  %55 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %56 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %57 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %56, i32 0, i32 1
  store ptr %55, ptr %57, align 8, !tbaa !14
  %58 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %59 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %58, i32 0, i32 2
  %60 = load ptr, ptr %59, align 8, !tbaa !11
  store ptr %60, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  br label %75

61:                                               ; preds = %49
  %62 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %63 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %62, i32 0, i32 1
  store ptr null, ptr %63, align 8, !tbaa !14
  %64 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !9
  %65 = add nsw i32 %64, -1
  store i32 %65, ptr %5, align 4, !tbaa !9
  %66 = icmp eq i32 %65, 0
  br i1 %66, label %67, label %71

67:                                               ; preds = %61
  %68 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %69 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %68, i32 0, i32 0
  %70 = load i32, ptr %69, align 8, !tbaa !13
  store i32 %70, ptr %3, align 4
  store i32 1, ptr %7, align 4
  br label %76

71:                                               ; preds = %61
  %72 = load ptr, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  %73 = getelementptr inbounds %struct.Node, ptr %72, i32 0, i32 1
  %74 = load ptr, ptr %73, align 8, !tbaa !14
  store ptr %74, ptr %4, align 8, !tbaa !5
  br label %75

75:                                               ; preds = %71, %54
  store i32 0, ptr %7, align 4
  br label %76

76:                                               ; preds = %75, %67
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %6) #2
  %77 = load i32, ptr %7, align 4
  switch i32 %77, label %83 [
    i32 0, label %78
    i32 1, label %81
  ]

78:                                               ; preds = %76
  br label %79

79:                                               ; preds = %78, %24
  br label %8, !llvm.loop !17

80:                                               ; preds = %8
  store i32 -1, ptr %3, align 4
  br label %81

81:                                               ; preds = %80, %76, %20
  %82 = load i32, ptr %3, align 4
  ret i32 %82

83:                                               ; preds = %76
  unreachable
}

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 = { 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 = !{!12, !6, i64 16}
!12 = !{!"Node", !10, i64 0, !6, i64 8, !6, i64 16}
!13 = !{!12, !10, i64 0}
!14 = !{!12, !6, i64 8}
!15 = distinct !{!15, !16}
!16 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!17 = distinct !{!17, !16}


; 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(readwrite, inaccessiblemem: none) uwtable
define dso_local i32 @kthSmallest(ptr noundef %0, i32 noundef %1) local_unnamed_addr #0 {
  %.not45 = icmp eq ptr %0, null
  br i1 %.not45, label %.loopexit, label %.lr.ph

.lr.ph:                                           ; preds = %2, %.thread
  %.02047 = phi i32 [ %.3, %.thread ], [ %1, %2 ]
  %.02146 = phi ptr [ %.324, %.thread ], [ %0, %2 ]
  %3 = getelementptr inbounds i8, ptr %.02146, i64 16
  %4 = load ptr, ptr %3, align 8, !tbaa !5
  %.not34 = icmp eq ptr %4, null
  br i1 %.not34, label %5, label %.preheader

5:                                                ; preds = %.lr.ph
  %6 = add nsw i32 %.02047, -1
  %7 = icmp eq i32 %6, 0
  br i1 %7, label %.loopexit.sink.split, label %8

8:                                                ; preds = %5
  %9 = getelementptr inbounds i8, ptr %.02146, i64 8
  br label %.thread

.preheader:                                       ; preds = %.lr.ph, %.preheader
  %.019 = phi ptr [ %11, %.preheader ], [ %4, %.lr.ph ]
  %10 = getelementptr inbounds i8, ptr %.019, i64 8
  %11 = load ptr, ptr %10, align 8, !tbaa !11
  %.not35 = icmp eq ptr %11, null
  %.not36 = icmp eq ptr %11, %.02146
  %or.cond = or i1 %.not35, %.not36
  br i1 %or.cond, label %.critedge, label %.preheader, !llvm.loop !12

.critedge:                                        ; preds = %.preheader
  %12 = getelementptr inbounds i8, ptr %.019, i64 8
  br i1 %.not35, label %13, label %14

13:                                               ; preds = %.critedge
  store ptr %.02146, ptr %12, align 8, !tbaa !11
  br label %.thread

14:                                               ; preds = %.critedge
  store ptr null, ptr %12, align 8, !tbaa !11
  %15 = add nsw i32 %.02047, -1
  %16 = icmp eq i32 %15, 0
  br i1 %16, label %.loopexit.sink.split, label %17

17:                                               ; preds = %14
  %18 = getelementptr inbounds i8, ptr %.02146, i64 8
  br label %.thread

.thread:                                          ; preds = %17, %13, %8
  %.324.in = phi ptr [ %9, %8 ], [ %18, %17 ], [ %3, %13 ]
  %.3 = phi i32 [ %6, %8 ], [ %15, %17 ], [ %.02047, %13 ]
  %.324 = load ptr, ptr %.324.in, align 8, !tbaa !14
  %.not = icmp eq ptr %.324, null
  br i1 %.not, label %.loopexit, label %.lr.ph, !llvm.loop !15

.loopexit.sink.split:                             ; preds = %14, %5
  %19 = load i32, ptr %.02146, align 8, !tbaa !16
  br label %.loopexit

.loopexit:                                        ; preds = %.thread, %.loopexit.sink.split, %2
  %.328 = phi i32 [ -1, %2 ], [ %19, %.loopexit.sink.split ], [ -1, %.thread ]
  ret i32 %.328
}

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" }

!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, !10, i64 16}
!6 = !{!"Node", !7, i64 0, !10, i64 8, !10, i64 16}
!7 = !{!"int", !8, i64 0}
!8 = !{!"omnipotent char", !9, i64 0}
!9 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!10 = !{!"any pointer", !8, i64 0}
!11 = !{!6, !10, i64 8}
!12 = distinct !{!12, !13}
!13 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!14 = !{!10, !10, i64 0}
!15 = distinct !{!15, !13}
!16 = !{!6, !7, i64 0}


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