; LLVM IR from ahampriyanshu/algo-ds-101 :: Algorithms/Sorting/Merge_Sort/Application of Merge Sort (Count_Inversions)

; 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 i64 @merge(ptr noundef %0, i64 noundef %1, i64 noundef %2, i64 noundef %3) #0 {
  %5 = alloca ptr, align 8
  %6 = alloca i64, align 8
  %7 = alloca i64, align 8
  %8 = alloca i64, align 8
  %9 = alloca i64, align 8
  %10 = alloca i64, align 8
  %11 = alloca i64, align 8
  %12 = alloca ptr, align 8
  %13 = alloca i64, align 8
  %14 = alloca i64, align 8
  %15 = alloca i64, align 8
  %16 = alloca i64, align 8
  %17 = alloca i64, align 8
  store ptr %0, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  store i64 %1, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  store i64 %2, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  store i64 %3, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %9) #3
  %18 = load i64, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  store i64 %18, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %10) #3
  %19 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  store i64 %19, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %11) #3
  store i64 0, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %20 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %21 = load i64, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %22 = sub nsw i64 %20, %21
  %23 = add nsw i64 %22, 1
  %24 = call ptr @llvm.stacksave.p0()
  store ptr %24, ptr %12, align 8
  %25 = alloca i64, i64 %23, align 16
  store i64 %23, ptr %13, align 8
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %14) #3
  store i64 0, ptr %14, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %15) #3
  %26 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  store i64 %26, ptr %15, align 8, !tbaa !9
  br label %27

27:                                               ; preds = %74, %4
  %28 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %29 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  %30 = icmp slt i64 %28, %29
  br i1 %30, label %31, label %35

31:                                               ; preds = %27
  %32 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %33 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %34 = icmp sle i64 %32, %33
  br label %35

35:                                               ; preds = %31, %27
  %36 = phi i1 [ false, %27 ], [ %34, %31 ]
  br i1 %36, label %37, label %75

37:                                               ; preds = %35
  %38 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %39 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %40 = getelementptr inbounds i64, ptr %38, i64 %39
  %41 = load i64, ptr %40, align 8, !tbaa !9
  %42 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %43 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %44 = getelementptr inbounds i64, ptr %42, i64 %43
  %45 = load i64, ptr %44, align 8, !tbaa !9
  %46 = icmp sle i64 %41, %45
  br i1 %46, label %47, label %58

47:                                               ; preds = %37
  %48 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %49 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %50 = getelementptr inbounds i64, ptr %48, i64 %49
  %51 = load i64, ptr %50, align 8, !tbaa !9
  %52 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %53 = getelementptr inbounds i64, ptr %25, i64 %52
  store i64 %51, ptr %53, align 8, !tbaa !9
  %54 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %55 = add nsw i64 %54, 1
  store i64 %55, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %56 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %57 = add nsw i64 %56, 1
  store i64 %57, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  br label %74

58:                                               ; preds = %37
  %59 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %60 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %61 = getelementptr inbounds i64, ptr %59, i64 %60
  %62 = load i64, ptr %61, align 8, !tbaa !9
  %63 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %64 = getelementptr inbounds i64, ptr %25, i64 %63
  store i64 %62, ptr %64, align 8, !tbaa !9
  %65 = load i64, ptr %15, align 8, !tbaa !9
  %66 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %67 = sub nsw i64 %65, %66
  %68 = load i64, ptr %14, align 8, !tbaa !9
  %69 = add nsw i64 %68, %67
  store i64 %69, ptr %14, align 8, !tbaa !9
  %70 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %71 = add nsw i64 %70, 1
  store i64 %71, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %72 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %73 = add nsw i64 %72, 1
  store i64 %73, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  br label %74

74:                                               ; preds = %58, %47
  br label %27, !llvm.loop !11

75:                                               ; preds = %35
  br label %76

76:                                               ; preds = %80, %75
  %77 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %78 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !9
  %79 = icmp slt i64 %77, %78
  br i1 %79, label %80, label %91

80:                                               ; preds = %76
  %81 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %82 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %83 = getelementptr inbounds i64, ptr %81, i64 %82
  %84 = load i64, ptr %83, align 8, !tbaa !9
  %85 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %86 = getelementptr inbounds i64, ptr %25, i64 %85
  store i64 %84, ptr %86, align 8, !tbaa !9
  %87 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %88 = add nsw i64 %87, 1
  store i64 %88, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %89 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  %90 = add nsw i64 %89, 1
  store i64 %90, ptr %9, align 8, !tbaa !9
  br label %76, !llvm.loop !13

91:                                               ; preds = %76
  br label %92

92:                                               ; preds = %96, %91
  %93 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %94 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %95 = icmp sle i64 %93, %94
  br i1 %95, label %96, label %107

96:                                               ; preds = %92
  %97 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %98 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %99 = getelementptr inbounds i64, ptr %97, i64 %98
  %100 = load i64, ptr %99, align 8, !tbaa !9
  %101 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %102 = getelementptr inbounds i64, ptr %25, i64 %101
  store i64 %100, ptr %102, align 8, !tbaa !9
  %103 = load i64, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %104 = add nsw i64 %103, 1
  store i64 %104, ptr %11, align 8, !tbaa !9
  %105 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %106 = add nsw i64 %105, 1
  store i64 %106, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  br label %92, !llvm.loop !14

107:                                              ; preds = %92
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %16) #3
  %108 = load i64, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  store i64 %108, ptr %16, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %17) #3
  store i64 0, ptr %17, align 8, !tbaa !9
  br label %109

109:                                              ; preds = %121, %107
  %110 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !9
  %111 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !9
  %112 = icmp sle i64 %110, %111
  br i1 %112, label %114, label %113

113:                                              ; preds = %109
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %17) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %16) #3
  br label %126

114:                                              ; preds = %109
  %115 = load i64, ptr %17, align 8, !tbaa !9
  %116 = getelementptr inbounds i64, ptr %25, i64 %115
  %117 = load i64, ptr %116, align 8, !tbaa !9
  %118 = load ptr, ptr %5, align 8, !tbaa !5
  %119 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !9
  %120 = getelementptr inbounds i64, ptr %118, i64 %119
  store i64 %117, ptr %120, align 8, !tbaa !9
  br label %121

121:                                              ; preds = %114
  %122 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !9
  %123 = add nsw i64 %122, 1
  store i64 %123, ptr %16, align 8, !tbaa !9
  %124 = load i64, ptr %17, align 8, !tbaa !9
  %125 = add nsw i64 %124, 1
  store i64 %125, ptr %17, align 8, !tbaa !9
  br label %109, !llvm.loop !15

126:                                              ; preds = %113
  %127 = load i64, ptr %14, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %15) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %14) #3
  %128 = load ptr, ptr %12, align 8
  call void @llvm.stackrestore.p0(ptr %128)
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %11) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %10) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %9) #3
  ret i64 %127
}

; 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
declare ptr @llvm.stacksave.p0() #2

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

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn
declare void @llvm.stackrestore.p0(ptr) #2

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 = { nocallback nofree nosync nounwind willreturn }
attributes #3 = { 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 = !{!"long long", !7, i64 0}
!11 = distinct !{!11, !12}
!12 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!13 = distinct !{!13, !12}
!14 = distinct !{!14, !12}
!15 = distinct !{!15, !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: readwrite) uwtable
define dso_local i64 @merge(ptr nocapture noundef %0, i64 noundef %1, i64 noundef %2, i64 noundef %3) local_unnamed_addr #0 {
  %reass.sub = sub i64 %3, %1
  %5 = add i64 %reass.sub, 1
  %6 = alloca i64, i64 %5, align 16
  %7 = icmp slt i64 %1, %2
  %8 = icmp sle i64 %2, %3
  %9 = and i1 %7, %8
  br i1 %9, label %.lr.ph, label %.preheader66

.preheader66:                                     ; preds = %27, %4
  %.056.lcssa = phi i64 [ 0, %4 ], [ %.157, %27 ]
  %.053.lcssa = phi i64 [ %2, %4 ], [ %.154, %27 ]
  %.051.lcssa = phi i64 [ 0, %4 ], [ %.152, %27 ]
  %.050.lcssa = phi i64 [ %1, %4 ], [ %.1, %27 ]
  %10 = icmp slt i64 %.050.lcssa, %2
  br i1 %10, label %.lr.ph76.preheader, label %.preheader65

.lr.ph76.preheader:                               ; preds = %.preheader66
  %11 = shl i64 %.056.lcssa, 3
  %scevgep = getelementptr i8, ptr %6, i64 %11
  %12 = shl i64 %.050.lcssa, 3
  %scevgep86 = getelementptr i8, ptr %0, i64 %12
  %13 = sub i64 %2, %.050.lcssa
  %14 = shl i64 %13, 3
  call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr align 8 %scevgep, ptr align 8 %scevgep86, i64 %14, i1 false), !tbaa !5
  %15 = add i64 %.056.lcssa, %2
  %16 = sub i64 %15, %.050.lcssa
  br label %.preheader65

.lr.ph:                                           ; preds = %4, %27
  %.05070 = phi i64 [ %.1, %27 ], [ %1, %4 ]
  %.05169 = phi i64 [ %.152, %27 ], [ 0, %4 ]
  %.05368 = phi i64 [ %.154, %27 ], [ %2, %4 ]
  %.05667 = phi i64 [ %.157, %27 ], [ 0, %4 ]
  %17 = getelementptr inbounds i64, ptr %0, i64 %.05070
  %18 = load i64, ptr %17, align 8, !tbaa !5
  %19 = getelementptr inbounds i64, ptr %0, i64 %.05368
  %20 = load i64, ptr %19, align 8, !tbaa !5
  %.not64 = icmp sgt i64 %18, %20
  br i1 %.not64, label %23, label %21

21:                                               ; preds = %.lr.ph
  %22 = add nsw i64 %.05070, 1
  br label %27

23:                                               ; preds = %.lr.ph
  %24 = add i64 %.05169, %2
  %25 = sub i64 %24, %.05070
  %26 = add nsw i64 %.05368, 1
  br label %27

27:                                               ; preds = %23, %21
  %.sink = phi i64 [ %20, %23 ], [ %18, %21 ]
  %.154 = phi i64 [ %26, %23 ], [ %.05368, %21 ]
  %.152 = phi i64 [ %25, %23 ], [ %.05169, %21 ]
  %.1 = phi i64 [ %.05070, %23 ], [ %22, %21 ]
  %28 = getelementptr inbounds i64, ptr %6, i64 %.05667
  store i64 %.sink, ptr %28, align 8
  %.157 = add nuw nsw i64 %.05667, 1
  %29 = icmp slt i64 %.1, %2
  %30 = icmp sle i64 %.154, %3
  %31 = select i1 %29, i1 %30, i1 false
  br i1 %31, label %.lr.ph, label %.preheader66, !llvm.loop !9

.preheader65:                                     ; preds = %.lr.ph76.preheader, %.preheader66
  %.258.lcssa = phi i64 [ %.056.lcssa, %.preheader66 ], [ %16, %.lr.ph76.preheader ]
  %.not78 = icmp sgt i64 %.053.lcssa, %3
  br i1 %.not78, label %.preheader, label %.lr.ph81.preheader

.lr.ph81.preheader:                               ; preds = %.preheader65
  %32 = shl i64 %.258.lcssa, 3
  %scevgep87 = getelementptr i8, ptr %6, i64 %32
  %33 = shl i64 %.053.lcssa, 3
  %scevgep88 = getelementptr i8, ptr %0, i64 %33
  %34 = add i64 %3, 1
  %35 = sub i64 %34, %.053.lcssa
  %36 = shl nuw i64 %35, 3
  call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr align 8 %scevgep87, ptr align 8 %scevgep88, i64 %36, i1 false), !tbaa !5
  br label %.preheader

.preheader:                                       ; preds = %.lr.ph81.preheader, %.preheader65
  %.not6382 = icmp sgt i64 %1, %3
  br i1 %.not6382, label %._crit_edge, label %.lr.ph85.preheader

.lr.ph85.preheader:                               ; preds = %.preheader
  %37 = shl i64 %1, 3
  %scevgep89 = getelementptr i8, ptr %0, i64 %37
  %38 = add i64 %3, 1
  %39 = sub i64 %38, %1
  %40 = shl nuw i64 %39, 3
  call void @llvm.memcpy.p0.p0.i64(ptr align 8 %scevgep89, ptr nonnull align 16 %6, i64 %40, i1 false), !tbaa !5
  br label %._crit_edge

._crit_edge:                                      ; preds = %.lr.ph85.preheader, %.preheader
  ret i64 %.051.lcssa
}

; 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

attributes #0 = { 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" }
attributes #1 = { nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }

!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 = !{!"long long", !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,JumpThreadingPass,LCSSAPass,LoopIdiomRecognizePass,LoopRotatePass,LoopSimplifyPass,LoopUnrollPass,MergedLoadStoreMotionPass,PostOrderFunctionAttrsPass,ReassociatePass,SROAPass,SimplifyCFGPass