; LLVM IR from AlgoGenesis/C :: Sorting Algorithms/Pigeon Hole Sort (Program)

; 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: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.start.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

; Function Attrs: nounwind uwtable
define dso_local void @pigeonhole_sort(i32 noundef %0, i32 noundef %1, ptr noundef %2) #1 {
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca i32, align 4
  %6 = alloca ptr, align 8
  %7 = alloca i32, align 4
  %8 = alloca i32, align 4
  %9 = alloca i32, align 4
  %10 = alloca ptr, align 8
  %11 = alloca ptr, align 8
  %12 = alloca i64, align 8
  store i32 %0, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  store ptr %2, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %7) #3
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %8) #3
  store i32 0, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #3
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %10) #3
  %13 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  store ptr %13, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %14 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %15 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %16 = sub nsw i32 %14, %15
  %17 = add nsw i32 %16, 1
  store i32 %17, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %18 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %19 = zext i32 %18 to i64
  %20 = call ptr @llvm.stacksave.p0()
  store ptr %20, ptr %11, align 8
  %21 = alloca i32, i64 %19, align 16
  store i64 %19, ptr %12, align 8
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %22

22:                                               ; preds = %30, %3
  %23 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %24 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %25 = icmp slt i32 %23, %24
  br i1 %25, label %26, label %33

26:                                               ; preds = %22
  %27 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %28 = sext i32 %27 to i64
  %29 = getelementptr inbounds i32, ptr %21, i64 %28
  store i32 0, ptr %29, align 4, !tbaa !5
  br label %30

30:                                               ; preds = %26
  %31 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %32 = add nsw i32 %31, 1
  store i32 %32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %22, !llvm.loop !11

33:                                               ; preds = %22
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %34

34:                                               ; preds = %47, %33
  %35 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %36 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %37 = icmp slt i32 %35, %36
  br i1 %37, label %38, label %52

38:                                               ; preds = %34
  %39 = load ptr, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %40 = load i32, ptr %39, align 4, !tbaa !5
  %41 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %42 = sub nsw i32 %40, %41
  %43 = sext i32 %42 to i64
  %44 = getelementptr inbounds i32, ptr %21, i64 %43
  %45 = load i32, ptr %44, align 4, !tbaa !5
  %46 = add nsw i32 %45, 1
  store i32 %46, ptr %44, align 4, !tbaa !5
  br label %47

47:                                               ; preds = %38
  %48 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %49 = add nsw i32 %48, 1
  store i32 %49, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %50 = load ptr, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %51 = getelementptr inbounds i32, ptr %50, i32 1
  store ptr %51, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  br label %34, !llvm.loop !13

52:                                               ; preds = %34
  store i32 0, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %53 = load ptr, ptr %6, align 8, !tbaa !9
  %54 = getelementptr inbounds i32, ptr %53, i64 0
  store ptr %54, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  br label %55

55:                                               ; preds = %74, %52
  %56 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %57 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %58 = icmp slt i32 %56, %57
  br i1 %58, label %59, label %77

59:                                               ; preds = %55
  br label %60

60:                                               ; preds = %67, %59
  %61 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %62 = sext i32 %61 to i64
  %63 = getelementptr inbounds i32, ptr %21, i64 %62
  %64 = load i32, ptr %63, align 4, !tbaa !5
  %65 = add nsw i32 %64, -1
  store i32 %65, ptr %63, align 4, !tbaa !5
  %66 = icmp sgt i32 %64, 0
  br i1 %66, label %67, label %73

67:                                               ; preds = %60
  %68 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %69 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %70 = add nsw i32 %68, %69
  %71 = load ptr, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  %72 = getelementptr inbounds i32, ptr %71, i32 1
  store ptr %72, ptr %10, align 8, !tbaa !9
  store i32 %70, ptr %71, align 4, !tbaa !5
  br label %60, !llvm.loop !14

73:                                               ; preds = %60
  br label %74

74:                                               ; preds = %73
  %75 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %76 = add nsw i32 %75, 1
  store i32 %76, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  br label %55, !llvm.loop !15

77:                                               ; preds = %55
  %78 = load ptr, ptr %11, align 8
  call void @llvm.stackrestore.p0(ptr %78)
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %10) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %8) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %7) #3
  ret void
}

; Function Attrs: nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite)
declare void @llvm.lifetime.end.p0(i64 immarg, ptr nocapture) #0

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

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

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 = { 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 = !{!"int", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C/C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !10, i64 0}
!10 = !{!"any pointer", !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(readwrite, inaccessiblemem: none) uwtable
define dso_local void @pigeonhole_sort(i32 noundef %0, i32 noundef %1, ptr nocapture noundef %2) local_unnamed_addr #0 {
  %4 = sub nsw i32 %1, %0
  %5 = add nsw i32 %4, 1
  %6 = zext i32 %5 to i64
  %7 = alloca i32, i64 %6, align 16
  %.not30 = icmp slt i32 %4, 0
  br i1 %.not30, label %._crit_edge41, label %.lr.ph35.preheader

.lr.ph35.preheader:                               ; preds = %3
  %8 = add i32 %1, 1
  %9 = sub i32 %8, %0
  %10 = zext i32 %9 to i64
  %11 = shl nuw nsw i64 %10, 2
  call void @llvm.memset.p0.i64(ptr nonnull align 16 %7, i8 0, i64 %11, i1 false), !tbaa !5
  %12 = add i32 %1, 1
  %13 = sub i32 %12, %0
  %xtraiter = and i32 %13, 1
  %14 = icmp eq i32 %1, %0
  br i1 %14, label %.preheader28.unr-lcssa, label %.lr.ph35.preheader.new

.lr.ph35.preheader.new:                           ; preds = %.lr.ph35.preheader
  %unroll_iter = and i32 %13, -2
  br label %.lr.ph35

.preheader28.unr-lcssa:                           ; preds = %.lr.ph35, %.lr.ph35.preheader
  %.02333.unr = phi ptr [ %2, %.lr.ph35.preheader ], [ %36, %.lr.ph35 ]
  %lcmp.mod.not = icmp eq i32 %xtraiter, 0
  br i1 %lcmp.mod.not, label %.preheader28, label %.lr.ph35.epil

.lr.ph35.epil:                                    ; preds = %.preheader28.unr-lcssa
  %15 = load i32, ptr %.02333.unr, align 4, !tbaa !5
  %16 = sub nsw i32 %15, %0
  %17 = sext i32 %16 to i64
  %18 = getelementptr inbounds i32, ptr %7, i64 %17
  %19 = load i32, ptr %18, align 4, !tbaa !5
  %20 = add nsw i32 %19, 1
  store i32 %20, ptr %18, align 4, !tbaa !5
  br label %.preheader28

.preheader28:                                     ; preds = %.preheader28.unr-lcssa, %.lr.ph35.epil
  br i1 %.not30, label %._crit_edge41, label %.preheader.preheader

.preheader.preheader:                             ; preds = %.preheader28
  %21 = add i32 %1, 1
  %22 = sub i32 %21, %0
  %wide.trip.count = zext i32 %22 to i64
  br label %.preheader

.lr.ph35:                                         ; preds = %.lr.ph35, %.lr.ph35.preheader.new
  %.02333 = phi ptr [ %2, %.lr.ph35.preheader.new ], [ %36, %.lr.ph35 ]
  %niter = phi i32 [ 0, %.lr.ph35.preheader.new ], [ %niter.next.1, %.lr.ph35 ]
  %23 = load i32, ptr %.02333, align 4, !tbaa !5
  %24 = sub nsw i32 %23, %0
  %25 = sext i32 %24 to i64
  %26 = getelementptr inbounds i32, ptr %7, i64 %25
  %27 = load i32, ptr %26, align 4, !tbaa !5
  %28 = add nsw i32 %27, 1
  store i32 %28, ptr %26, align 4, !tbaa !5
  %29 = getelementptr inbounds i8, ptr %.02333, i64 4
  %30 = load i32, ptr %29, align 4, !tbaa !5
  %31 = sub nsw i32 %30, %0
  %32 = sext i32 %31 to i64
  %33 = getelementptr inbounds i32, ptr %7, i64 %32
  %34 = load i32, ptr %33, align 4, !tbaa !5
  %35 = add nsw i32 %34, 1
  store i32 %35, ptr %33, align 4, !tbaa !5
  %36 = getelementptr inbounds i8, ptr %.02333, i64 8
  %niter.next.1 = add i32 %niter, 2
  %niter.ncmp.1 = icmp eq i32 %niter.next.1, %unroll_iter
  br i1 %niter.ncmp.1, label %.preheader28.unr-lcssa, label %.lr.ph35, !llvm.loop !9

.preheader:                                       ; preds = %.preheader.preheader, %._crit_edge
  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %.preheader.preheader ], [ %indvars.iv.next, %._crit_edge ]
  %.12439 = phi ptr [ %2, %.preheader.preheader ], [ %.2.lcssa, %._crit_edge ]
  %37 = getelementptr inbounds i32, ptr %7, i64 %indvars.iv
  %38 = load i32, ptr %37, align 4, !tbaa !5
  %39 = add nsw i32 %38, -1
  store i32 %39, ptr %37, align 4, !tbaa !5
  %40 = icmp sgt i32 %38, 0
  br i1 %40, label %.lr.ph37, label %._crit_edge

.lr.ph37:                                         ; preds = %.preheader
  %41 = trunc i64 %indvars.iv to i32
  %42 = add i32 %41, %0
  br label %43

43:                                               ; preds = %.lr.ph37, %43
  %.236 = phi ptr [ %.12439, %.lr.ph37 ], [ %44, %43 ]
  %44 = getelementptr inbounds i8, ptr %.236, i64 4
  store i32 %42, ptr %.236, align 4, !tbaa !5
  %45 = load i32, ptr %37, align 4, !tbaa !5
  %46 = add nsw i32 %45, -1
  store i32 %46, ptr %37, align 4, !tbaa !5
  %47 = icmp sgt i32 %45, 0
  br i1 %47, label %43, label %._crit_edge, !llvm.loop !11

._crit_edge:                                      ; preds = %43, %.preheader
  %.2.lcssa = phi ptr [ %.12439, %.preheader ], [ %44, %43 ]
  %indvars.iv.next = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 1
  %exitcond44.not = icmp eq i64 %indvars.iv.next, %wide.trip.count
  br i1 %exitcond44.not, label %._crit_edge41, label %.preheader, !llvm.loop !12

._crit_edge41:                                    ; preds = %._crit_edge, %3, %.preheader28
  ret void
}

; Function Attrs: nocallback nofree nounwind willreturn memory(argmem: write)
declare void @llvm.memset.p0.i64(ptr nocapture writeonly, i8, i64, i1 immarg) #1

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

!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}
!12 = distinct !{!12, !10}


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