; LLVM IR from HarshCasper/NeoAlgo :: C-Plus-Plus/sort/in_place_merge_sort.ll (Z13inplace_mergePiiii)

; 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: mustprogress nounwind uwtable
define dso_local void @_Z13inplace_mergePiiii(ptr noundef %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2, i32 noundef %3) #0 {
  %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
  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
  store i32 %3, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  %13 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %14 = add nsw i32 %13, 1
  store i32 %14, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %15 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %16 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %17 = sext i32 %16 to i64
  %18 = getelementptr inbounds i32, ptr %15, i64 %17
  %19 = load i32, ptr %18, align 4, !tbaa !9
  %20 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %21 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %22 = sext i32 %21 to i64
  %23 = getelementptr inbounds i32, ptr %20, i64 %22
  %24 = load i32, ptr %23, align 4, !tbaa !9
  %25 = icmp sle i32 %19, %24
  br i1 %25, label %26, label %27

26:                                               ; preds = %4
  store i32 1, ptr %10, align 4
  br label %92

27:                                               ; preds = %4
  br label %28

28:                                               ; preds = %90, %27
  %29 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %30 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %31 = icmp sle i32 %29, %30
  br i1 %31, label %32, label %36

32:                                               ; preds = %28
  %33 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %34 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !9
  %35 = icmp sle i32 %33, %34
  br label %36

36:                                               ; preds = %32, %28
  %37 = phi i1 [ false, %28 ], [ %35, %32 ]
  br i1 %37, label %38, label %91

38:                                               ; preds = %36
  %39 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %40 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %41 = sext i32 %40 to i64
  %42 = getelementptr inbounds i32, ptr %39, i64 %41
  %43 = load i32, ptr %42, align 4, !tbaa !9
  %44 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %45 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %46 = sext i32 %45 to i64
  %47 = getelementptr inbounds i32, ptr %44, i64 %46
  %48 = load i32, ptr %47, align 4, !tbaa !9
  %49 = icmp sle i32 %43, %48
  br i1 %49, label %50, label %53

50:                                               ; preds = %38
  %51 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %52 = add nsw i32 %51, 1
  store i32 %52, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  br label %90

53:                                               ; preds = %38
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %11) #2
  %54 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  store i32 %54, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %12) #2
  %55 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %56 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %57 = sext i32 %56 to i64
  %58 = getelementptr inbounds i32, ptr %55, i64 %57
  %59 = load i32, ptr %58, align 4, !tbaa !9
  store i32 %59, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  br label %60

60:                                               ; preds = %75, %53
  %61 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %62 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %63 = icmp ne i32 %61, %62
  br i1 %63, label %64, label %78

64:                                               ; preds = %60
  %65 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %66 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %67 = sub nsw i32 %66, 1
  %68 = sext i32 %67 to i64
  %69 = getelementptr inbounds i32, ptr %65, i64 %68
  %70 = load i32, ptr %69, align 4, !tbaa !9
  %71 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %72 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %73 = sext i32 %72 to i64
  %74 = getelementptr inbounds i32, ptr %71, i64 %73
  store i32 %70, ptr %74, align 4, !tbaa !9
  br label %75

75:                                               ; preds = %64
  %76 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  %77 = add nsw i32 %76, -1
  store i32 %77, ptr %11, align 4, !tbaa !9
  br label %60, !llvm.loop !11

78:                                               ; preds = %60
  %79 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !9
  %80 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %81 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %82 = sext i32 %81 to i64
  %83 = getelementptr inbounds i32, ptr %80, i64 %82
  store i32 %79, ptr %83, align 4, !tbaa !9
  %84 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %85 = add nsw i32 %84, 1
  store i32 %85, ptr %6, align 4, !tbaa !9
  %86 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %87 = add nsw i32 %86, 1
  store i32 %87, ptr %7, align 4, !tbaa !9
  %88 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  %89 = add nsw i32 %88, 1
  store i32 %89, ptr %9, align 4, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %12) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %11) #2
  br label %90

90:                                               ; preds = %78, %50
  br label %28, !llvm.loop !13

91:                                               ; preds = %36
  store i32 0, ptr %10, align 4
  br label %92

92:                                               ; preds = %91, %26
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #2
  %93 = load i32, ptr %10, align 4
  switch i32 %93, label %95 [
    i32 0, label %94
    i32 1, label %94
  ]

94:                                               ; preds = %92, %92
  ret void

95:                                               ; preds = %92
  unreachable
}

; 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 = { mustprogress 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++ 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: mustprogress nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: readwrite) uwtable
define dso_local void @_Z13inplace_mergePiiii(ptr nocapture noundef %0, i32 noundef %1, i32 noundef %2, i32 noundef %3) local_unnamed_addr #0 {
  %5 = add nsw i32 %2, 1
  %6 = sext i32 %2 to i64
  %7 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %6
  %8 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %9 = sext i32 %5 to i64
  %10 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %9
  %11 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %.not = icmp sgt i32 %8, %11
  br i1 %.not, label %.preheader37, label %.loopexit

.preheader37:                                     ; preds = %4
  %12 = icmp sle i32 %1, %2
  %13 = icmp slt i32 %2, %3
  %14 = and i1 %12, %13
  br i1 %14, label %.lr.ph43.preheader, label %.loopexit

.lr.ph43.preheader:                               ; preds = %.preheader37
  %15 = sext i32 %1 to i64
  br label %.lr.ph43

.lr.ph43:                                         ; preds = %.lr.ph43.preheader, %35
  %indvar = phi i64 [ 0, %.lr.ph43.preheader ], [ %indvar.next, %35 ]
  %indvars.iv47 = phi i64 [ %15, %.lr.ph43.preheader ], [ %indvars.iv.next48, %35 ]
  %.03041 = phi i32 [ %5, %.lr.ph43.preheader ], [ %.131, %35 ]
  %.03240 = phi i32 [ %2, %.lr.ph43.preheader ], [ %.133, %35 ]
  %16 = add i64 %indvar, %15
  %17 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %indvars.iv47
  %18 = load i32, ptr %17, align 4, !tbaa !5
  %19 = sext i32 %.03041 to i64
  %20 = getelementptr inbounds i32, ptr %0, i64 %19
  %21 = load i32, ptr %20, align 4, !tbaa !5
  %.not35 = icmp sgt i32 %18, %21
  br i1 %.not35, label %.preheader, label %35

.preheader:                                       ; preds = %.lr.ph43
  %22 = trunc nsw i64 %indvars.iv47 to i32
  %.not3638 = icmp eq i32 %.03041, %22
  br i1 %.not3638, label %._crit_edge, label %.lr.ph.preheader

.lr.ph.preheader:                                 ; preds = %.preheader
  %23 = sub i64 %19, %16
  %min.iters.check = icmp ult i64 %23, 8
  br i1 %min.iters.check, label %.lr.ph.preheader54, label %vector.ph

vector.ph:                                        ; preds = %.lr.ph.preheader
  %n.vec = and i64 %23, -8
  %ind.end = sub i64 %19, %n.vec
  br label %vector.body

vector.body:                                      ; preds = %vector.body, %vector.ph
  %index = phi i64 [ 0, %vector.ph ], [ %index.next, %vector.body ]
  %offset.idx = sub i64 %19, %index
  %24 = getelementptr i32, ptr %0, i64 %offset.idx
  %25 = getelementptr i8, ptr %24, i64 -16
  %26 = getelementptr i8, ptr %24, i64 -32
  %wide.load = load <4 x i32>, ptr %25, align 4, !tbaa !5
  %wide.load50 = load <4 x i32>, ptr %26, align 4, !tbaa !5
  %27 = getelementptr i8, ptr %24, i64 -12
  %28 = getelementptr i8, ptr %24, i64 -28
  store <4 x i32> %wide.load, ptr %27, align 4, !tbaa !5
  store <4 x i32> %wide.load50, ptr %28, align 4, !tbaa !5
  %index.next = add nuw i64 %index, 8
  %29 = icmp eq i64 %index.next, %n.vec
  br i1 %29, label %middle.block, label %vector.body, !llvm.loop !9

middle.block:                                     ; preds = %vector.body
  %cmp.n = icmp eq i64 %23, %n.vec
  br i1 %cmp.n, label %._crit_edge, label %.lr.ph.preheader54

.lr.ph.preheader54:                               ; preds = %middle.block, %.lr.ph.preheader
  %indvars.iv.ph = phi i64 [ %19, %.lr.ph.preheader ], [ %ind.end, %middle.block ]
  br label %.lr.ph

.lr.ph:                                           ; preds = %.lr.ph.preheader54, %.lr.ph
  %indvars.iv = phi i64 [ %indvars.iv.next, %.lr.ph ], [ %indvars.iv.ph, %.lr.ph.preheader54 ]
  %30 = getelementptr i32, ptr %0, i64 %indvars.iv
  %31 = getelementptr i8, ptr %30, i64 -4
  %32 = load i32, ptr %31, align 4, !tbaa !5
  store i32 %32, ptr %30, align 4, !tbaa !5
  %indvars.iv.next = add nsw i64 %indvars.iv, -1
  %.not36 = icmp eq i64 %indvars.iv.next, %indvars.iv47
  br i1 %.not36, label %._crit_edge, label %.lr.ph, !llvm.loop !13

._crit_edge:                                      ; preds = %.lr.ph, %middle.block, %.preheader
  store i32 %21, ptr %17, align 4, !tbaa !5
  %33 = add nsw i32 %.03240, 1
  %34 = add nsw i32 %.03041, 1
  br label %35

35:                                               ; preds = %.lr.ph43, %._crit_edge
  %.133 = phi i32 [ %33, %._crit_edge ], [ %.03240, %.lr.ph43 ]
  %.131 = phi i32 [ %34, %._crit_edge ], [ %.03041, %.lr.ph43 ]
  %indvars.iv.next48 = add nsw i64 %indvars.iv47, 1
  %36 = sext i32 %.133 to i64
  %37 = icmp slt i64 %indvars.iv47, %36
  %38 = icmp sle i32 %.131, %3
  %39 = select i1 %37, i1 %38, i1 false
  %indvar.next = add i64 %indvar, 1
  br i1 %39, label %.lr.ph43, label %.loopexit, !llvm.loop !14

.loopexit:                                        ; preds = %35, %.preheader37, %4
  ret void
}

attributes #0 = { mustprogress nofree norecurse nosync nounwind memory(argmem: readwrite) 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++ TBAA"}
!9 = distinct !{!9, !10, !11, !12}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!11 = !{!"llvm.loop.isvectorized", i32 1}
!12 = !{!"llvm.loop.unroll.runtime.disable"}
!13 = distinct !{!13, !10, !12, !11}
!14 = distinct !{!14, !10}


; Effective O3 passes: EarlyCSEPass,GVNPass,GlobalOptPass,IndVarSimplifyPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,JumpThreadingPass,LoopLoadEliminationPass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,LoopVectorizePass,PostOrderFunctionAttrsPass,SROAPass,SimplifyCFGPass