; LLVM IR from ShahjalalShohag/code-library :: Number Theory/Smallest Nonnegative Integer x s.t. l <= ax % p <= r.ll (Z1fxxxx)

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

; Function Attrs: mustprogress nounwind uwtable
declare dso_local noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef, i64 noundef, i64 noundef, i64 noundef) #1

; Function Attrs: mustprogress uwtable
define dso_local noundef i64 @_Z1fxxxx(i64 noundef %0, i64 noundef %1, i64 noundef %2, i64 noundef %3) #2 {
  %5 = alloca i64, 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 i128, align 16
  %12 = alloca i128, align 16
  %13 = alloca i128, align 16
  %14 = alloca i32, align 4
  %15 = alloca i64, align 8
  %16 = alloca i64, align 8
  %17 = alloca i128, align 16
  %18 = alloca i128, align 16
  %19 = alloca i128, align 16
  store i64 %0, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  store i64 %1, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  store i64 %2, ptr %8, align 8, !tbaa !5
  store i64 %3, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %20 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %21 = icmp eq i64 %20, 0
  br i1 %21, label %22, label %28

22:                                               ; preds = %4
  %23 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !5
  %24 = icmp eq i64 %23, 0
  %25 = zext i1 %24 to i64
  %26 = select i1 %24, i32 0, i32 -1
  %27 = sext i32 %26 to i64
  store i64 %27, ptr %5, align 8
  br label %113

28:                                               ; preds = %4
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %10) #3
  %29 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !5
  %30 = sext i64 %29 to i128
  %31 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %32 = sext i64 %31 to i128
  store i128 %30, ptr %11, align 16, !tbaa !9
  %33 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %11, i32 0, i32 0
  %34 = load i64, ptr %33, align 16
  %35 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %11, i32 0, i32 1
  %36 = load i64, ptr %35, align 8
  store i128 %32, ptr %12, align 16, !tbaa !9
  %37 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %12, i32 0, i32 0
  %38 = load i64, ptr %37, align 16
  %39 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %12, i32 0, i32 1
  %40 = load i64, ptr %39, align 8
  %41 = call noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef %34, i64 noundef %36, i64 noundef %38, i64 noundef %40)
  %42 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %13, i32 0, i32 0
  %43 = extractvalue { i64, i64 } %41, 0
  store i64 %43, ptr %42, align 16
  %44 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %13, i32 0, i32 1
  %45 = extractvalue { i64, i64 } %41, 1
  store i64 %45, ptr %44, align 8
  %46 = load i128, ptr %13, align 16, !tbaa !9
  %47 = trunc i128 %46 to i64
  store i64 %47, ptr %10, align 8, !tbaa !5
  %48 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %49 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !5
  %50 = mul nsw i64 %48, %49
  %51 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %52 = icmp sle i64 %50, %51
  br i1 %52, label %53, label %55

53:                                               ; preds = %28
  %54 = load i64, ptr %10, align 8, !tbaa !5
  store i64 %54, ptr %5, align 8
  store i32 1, ptr %14, align 4
  br label %112

55:                                               ; preds = %28
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %15) #3
  %56 = load i64, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %57 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %58 = srem i64 %56, %57
  store i64 %58, ptr %15, align 8, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 8, ptr %16) #3
  %59 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %60 = load i64, ptr %15, align 8, !tbaa !5
  %61 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %62 = load i64, ptr %9, align 8, !tbaa !5
  %63 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %64 = srem i64 %62, %63
  %65 = sub nsw i64 %61, %64
  %66 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %67 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !5
  %68 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %69 = srem i64 %67, %68
  %70 = sub nsw i64 %66, %69
  %71 = call noundef i64 @_Z1fxxxx(i64 noundef %59, i64 noundef %60, i64 noundef %65, i64 noundef %70)
  store i64 %71, ptr %16, align 8, !tbaa !5
  %72 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !5
  %73 = icmp eq i64 %72, -1
  br i1 %73, label %74, label %77

74:                                               ; preds = %55
  %75 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !5
  %76 = sext i64 %75 to i128
  br label %109

77:                                               ; preds = %55
  %78 = load i64, ptr %8, align 8, !tbaa !5
  %79 = sext i64 %78 to i128
  %80 = load i64, ptr %15, align 8, !tbaa !5
  %81 = sext i64 %80 to i128
  %82 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !5
  %83 = sext i64 %82 to i128
  %84 = mul nsw i128 %81, %83
  %85 = add nsw i128 %79, %84
  %86 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %87 = sext i64 %86 to i128
  store i128 %85, ptr %17, align 16, !tbaa !9
  %88 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %17, i32 0, i32 0
  %89 = load i64, ptr %88, align 16
  %90 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %17, i32 0, i32 1
  %91 = load i64, ptr %90, align 8
  store i128 %87, ptr %18, align 16, !tbaa !9
  %92 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %18, i32 0, i32 0
  %93 = load i64, ptr %92, align 16
  %94 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %18, i32 0, i32 1
  %95 = load i64, ptr %94, align 8
  %96 = call noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef %89, i64 noundef %91, i64 noundef %93, i64 noundef %95)
  %97 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %19, i32 0, i32 0
  %98 = extractvalue { i64, i64 } %96, 0
  store i64 %98, ptr %97, align 16
  %99 = getelementptr inbounds { i64, i64 }, ptr %19, i32 0, i32 1
  %100 = extractvalue { i64, i64 } %96, 1
  store i64 %100, ptr %99, align 8
  %101 = load i128, ptr %19, align 16, !tbaa !9
  %102 = load i64, ptr %6, align 8, !tbaa !5
  %103 = load i64, ptr %7, align 8, !tbaa !5
  %104 = sdiv i64 %102, %103
  %105 = load i64, ptr %16, align 8, !tbaa !5
  %106 = mul nsw i64 %104, %105
  %107 = sext i64 %106 to i128
  %108 = add nsw i128 %101, %107
  br label %109

109:                                              ; preds = %77, %74
  %110 = phi i128 [ %76, %74 ], [ %108, %77 ]
  %111 = trunc i128 %110 to i64
  store i64 %111, ptr %5, align 8
  store i32 1, ptr %14, align 4
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %16) #3
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %15) #3
  br label %112

112:                                              ; preds = %109, %53
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 8, ptr %10) #3
  br label %113

113:                                              ; preds = %112, %22
  %114 = load i64, ptr %5, align 8
  ret i64 %114
}

attributes #0 = { nocallback nofree nosync nounwind willreturn memory(argmem: readwrite) }
attributes #1 = { 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 #2 = { mustprogress 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 #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 = !{!"long long", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C++ TBAA"}
!9 = !{!10, !10, i64 0}
!10 = !{!"__int128", !7, i64 0}


; 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 nounwind uwtable
declare dso_local noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef, i64 noundef, i64 noundef, i64 noundef) local_unnamed_addr #0

; Function Attrs: mustprogress nounwind uwtable
define dso_local noundef i64 @_Z1fxxxx(i64 noundef %0, i64 noundef %1, i64 noundef %2, i64 noundef %3) local_unnamed_addr #0 {
  %5 = icmp eq i64 %1, 0
  br i1 %5, label %6, label %9

6:                                                ; preds = %4
  %7 = icmp ne i64 %2, 0
  %8 = sext i1 %7 to i64
  br label %32

9:                                                ; preds = %4
  %10 = sext i64 %2 to i128
  %.sroa.215.0.extract.trunc = ashr i64 %2, 63
  %11 = ashr i64 %1, 63
  %12 = tail call noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef %2, i64 noundef %.sroa.215.0.extract.trunc, i64 noundef %1, i64 noundef %11)
  %13 = extractvalue { i64, i64 } %12, 0
  %14 = mul nsw i64 %13, %1
  %.not = icmp sgt i64 %14, %3
  br i1 %.not, label %15, label %32

15:                                               ; preds = %9
  %16 = srem i64 %0, %1
  %17 = sdiv i64 %0, %1
  %18 = srem i64 %3, %1
  %19 = sub nsw i64 %1, %18
  %20 = srem i64 %2, %1
  %21 = sub nsw i64 %1, %20
  %22 = tail call noundef i64 @_Z1fxxxx(i64 noundef %1, i64 noundef %16, i64 noundef %19, i64 noundef %21)
  %23 = icmp eq i64 %22, -1
  br i1 %23, label %32, label %24

24:                                               ; preds = %15
  %25 = sext i64 %16 to i128
  %26 = sext i64 %22 to i128
  %27 = mul nsw i128 %26, %25
  %28 = add nsw i128 %27, %10
  %.sroa.03.0.extract.trunc = trunc i128 %28 to i64
  %.sroa.24.0.extract.shift = lshr i128 %28, 64
  %.sroa.24.0.extract.trunc = trunc nuw i128 %.sroa.24.0.extract.shift to i64
  %29 = tail call noundef { i64, i64 } @_Z4cdivnn(i64 noundef %.sroa.03.0.extract.trunc, i64 noundef %.sroa.24.0.extract.trunc, i64 noundef %1, i64 noundef %11)
  %30 = extractvalue { i64, i64 } %29, 0
  %31 = mul nsw i64 %17, %22
  %extract.t = add i64 %31, %30
  br label %32

32:                                               ; preds = %9, %15, %24, %6
  %.1 = phi i64 [ %8, %6 ], [ %13, %9 ], [ %extract.t, %24 ], [ -1, %15 ]
  ret i64 %.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" }

!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)"}


; Effective O3 passes: DivRemPairsPass,EarlyCSEPass,GlobalOptPass,IPSCCPPass,InferFunctionAttrsPass,InstCombinePass,PostOrderFunctionAttrsPass,ReassociatePass,SROAPass,SimplifyCFGPass,TailCallElimPass