; LLVM IR from ShahjalalShohag/code-library :: Number Theory/Tonelli Shanks Algorithm.ll (Z4SQRTii)

; 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
declare dso_local noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef, i64 noundef, i32 noundef) #0

; 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

; Function Attrs: mustprogress nounwind uwtable
define dso_local noundef i32 @_Z4SQRTii(i32 noundef %0, i32 noundef %1) #0 {
  %3 = alloca i32, align 4
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca i32, align 4
  %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
  %13 = alloca i32, align 4
  %14 = alloca i32, align 4
  %15 = alloca i32, align 4
  store i32 %0, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  store i32 %1, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %16 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %17 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %18 = srem i32 %17, %16
  store i32 %18, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %19 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %20 = icmp slt i32 %19, 0
  br i1 %20, label %21, label %25

21:                                               ; preds = %2
  %22 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %23 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %24 = add nsw i32 %23, %22
  store i32 %24, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  br label %25

25:                                               ; preds = %21, %2
  %26 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %27 = icmp eq i32 %26, 0
  br i1 %27, label %28, label %29

28:                                               ; preds = %25
  store i32 0, ptr %3, align 4
  br label %179

29:                                               ; preds = %25
  %30 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %31 = sext i32 %30 to i64
  %32 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %33 = sub nsw i32 %32, 1
  %34 = sdiv i32 %33, 2
  %35 = sext i32 %34 to i64
  %36 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %37 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %31, i64 noundef %35, i32 noundef %36)
  %38 = icmp ne i32 %37, 1
  br i1 %38, label %39, label %40

39:                                               ; preds = %29
  store i32 -1, ptr %3, align 4
  br label %179

40:                                               ; preds = %29
  %41 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %42 = srem i32 %41, 4
  %43 = icmp eq i32 %42, 3
  br i1 %43, label %44, label %53

44:                                               ; preds = %40
  %45 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %46 = sext i32 %45 to i64
  %47 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %48 = add nsw i32 %47, 1
  %49 = sdiv i32 %48, 4
  %50 = sext i32 %49 to i64
  %51 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %52 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %46, i64 noundef %50, i32 noundef %51)
  store i32 %52, ptr %3, align 4
  br label %179

53:                                               ; preds = %40
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %6) #2
  %54 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %55 = sub nsw i32 %54, 1
  store i32 %55, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %7) #2
  store i32 2, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %8) #2
  store i32 0, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %9) #2
  br label %56

56:                                               ; preds = %60, %53
  %57 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %58 = srem i32 %57, 2
  %59 = icmp eq i32 %58, 0
  br i1 %59, label %60, label %65

60:                                               ; preds = %56
  %61 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %62 = add nsw i32 %61, 1
  store i32 %62, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %63 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %64 = sdiv i32 %63, 2
  store i32 %64, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  br label %56, !llvm.loop !9

65:                                               ; preds = %56
  br label %66

66:                                               ; preds = %78, %65
  %67 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %68 = sext i32 %67 to i64
  %69 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %70 = sub nsw i32 %69, 1
  %71 = sdiv i32 %70, 2
  %72 = sext i32 %71 to i64
  %73 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %74 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %68, i64 noundef %72, i32 noundef %73)
  %75 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %76 = sub nsw i32 %75, 1
  %77 = icmp ne i32 %74, %76
  br i1 %77, label %78, label %81

78:                                               ; preds = %66
  %79 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %80 = add nsw i32 %79, 1
  store i32 %80, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  br label %66, !llvm.loop !11

81:                                               ; preds = %66
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %10) #2
  %82 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %83 = sext i32 %82 to i64
  %84 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %85 = add nsw i32 %84, 1
  %86 = sdiv i32 %85, 2
  %87 = sext i32 %86 to i64
  %88 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %89 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %83, i64 noundef %87, i32 noundef %88)
  store i32 %89, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %11) #2
  %90 = load i32, ptr %4, align 4, !tbaa !5
  %91 = sext i32 %90 to i64
  %92 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %93 = sext i32 %92 to i64
  %94 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %95 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %91, i64 noundef %93, i32 noundef %94)
  store i32 %95, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %12) #2
  %96 = load i32, ptr %7, align 4, !tbaa !5
  %97 = sext i32 %96 to i64
  %98 = load i32, ptr %6, align 4, !tbaa !5
  %99 = sext i32 %98 to i64
  %100 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %101 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %97, i64 noundef %99, i32 noundef %100)
  store i32 %101, ptr %12, align 4, !tbaa !5
  br label %102

102:                                              ; preds = %176, %81
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %13) #2
  %103 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  store i32 %103, ptr %13, align 4, !tbaa !5
  store i32 0, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %104

104:                                              ; preds = %124, %102
  %105 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %106 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %107 = icmp slt i32 %105, %106
  br i1 %107, label %108, label %111

108:                                              ; preds = %104
  %109 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !5
  %110 = icmp ne i32 %109, 1
  br label %111

111:                                              ; preds = %108, %104
  %112 = phi i1 [ false, %104 ], [ %110, %108 ]
  br i1 %112, label %113, label %127

113:                                              ; preds = %111
  %114 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !5
  %115 = sext i32 %114 to i64
  %116 = mul nsw i64 1, %115
  %117 = load i32, ptr %13, align 4, !tbaa !5
  %118 = sext i32 %117 to i64
  %119 = mul nsw i64 %116, %118
  %120 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %121 = sext i32 %120 to i64
  %122 = srem i64 %119, %121
  %123 = trunc i64 %122 to i32
  store i32 %123, ptr %13, align 4, !tbaa !5
  br label %124

124:                                              ; preds = %113
  %125 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %126 = add nsw i32 %125, 1
  store i32 %126, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  br label %104, !llvm.loop !12

127:                                              ; preds = %111
  %128 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %129 = icmp eq i32 %128, 0
  br i1 %129, label %130, label %132

130:                                              ; preds = %127
  %131 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  store i32 %131, ptr %3, align 4
  store i32 1, ptr %14, align 4
  br label %173

132:                                              ; preds = %127
  call void @llvm.lifetime.start.p0(i64 4, ptr %15) #2
  %133 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !5
  %134 = sext i32 %133 to i64
  %135 = load i32, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  %136 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  %137 = sub nsw i32 %135, %136
  %138 = sub nsw i32 %137, 1
  %139 = zext i32 %138 to i64
  %140 = shl i64 1, %139
  %141 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %142 = call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %134, i64 noundef %140, i32 noundef %141)
  store i32 %142, ptr %15, align 4, !tbaa !5
  %143 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !5
  %144 = sext i32 %143 to i64
  %145 = mul nsw i64 1, %144
  %146 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !5
  %147 = sext i32 %146 to i64
  %148 = mul nsw i64 %145, %147
  %149 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %150 = sext i32 %149 to i64
  %151 = srem i64 %148, %150
  %152 = trunc i64 %151 to i32
  store i32 %152, ptr %12, align 4, !tbaa !5
  %153 = load i32, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %154 = sext i32 %153 to i64
  %155 = mul nsw i64 1, %154
  %156 = load i32, ptr %15, align 4, !tbaa !5
  %157 = sext i32 %156 to i64
  %158 = mul nsw i64 %155, %157
  %159 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %160 = sext i32 %159 to i64
  %161 = srem i64 %158, %160
  %162 = trunc i64 %161 to i32
  store i32 %162, ptr %10, align 4, !tbaa !5
  %163 = load i32, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  %164 = sext i32 %163 to i64
  %165 = mul nsw i64 1, %164
  %166 = load i32, ptr %12, align 4, !tbaa !5
  %167 = sext i32 %166 to i64
  %168 = mul nsw i64 %165, %167
  %169 = load i32, ptr %5, align 4, !tbaa !5
  %170 = sext i32 %169 to i64
  %171 = srem i64 %168, %170
  %172 = trunc i64 %171 to i32
  store i32 %172, ptr %11, align 4, !tbaa !5
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %15) #2
  store i32 0, ptr %14, align 4
  br label %173

173:                                              ; preds = %132, %130
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %13) #2
  %174 = load i32, ptr %14, align 4
  switch i32 %174, label %178 [
    i32 0, label %175
  ]

175:                                              ; preds = %173
  br label %176

176:                                              ; preds = %175
  %177 = load i32, ptr %9, align 4, !tbaa !5
  store i32 %177, ptr %8, align 4, !tbaa !5
  br label %102, !llvm.loop !13

178:                                              ; preds = %173
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %12) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %11) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %10) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %9) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %8) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %7) #2
  call void @llvm.lifetime.end.p0(i64 4, ptr %6) #2
  br label %179

179:                                              ; preds = %178, %44, %39, %28
  %180 = load i32, ptr %3, align 4
  ret i32 %180
}

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 = !{!"int", !7, i64 0}
!7 = !{!"omnipotent char", !8, i64 0}
!8 = !{!"Simple C++ TBAA"}
!9 = distinct !{!9, !10}
!10 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!11 = distinct !{!11, !10}
!12 = distinct !{!12, !10}
!13 = distinct !{!13, !10}


; 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 i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef, i64 noundef, i32 noundef) local_unnamed_addr #0

; Function Attrs: mustprogress nounwind uwtable
define dso_local noundef i32 @_Z4SQRTii(i32 noundef %0, i32 noundef %1) local_unnamed_addr #0 {
  %3 = srem i32 %0, %1
  %4 = icmp slt i32 %3, 0
  %5 = select i1 %4, i32 %1, i32 0
  %spec.select = add nsw i32 %5, %3
  %6 = icmp eq i32 %spec.select, 0
  br i1 %6, label %.thread, label %7

7:                                                ; preds = %2
  %8 = sext i32 %spec.select to i64
  %9 = add nsw i32 %1, -1
  %10 = sdiv i32 %9, 2
  %11 = sext i32 %10 to i64
  %12 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %8, i64 noundef %11, i32 noundef %1)
  %.not = icmp eq i32 %12, 1
  br i1 %.not, label %13, label %.thread

13:                                               ; preds = %7
  %14 = and i32 %1, -2147483645
  %15 = icmp eq i32 %14, 3
  br i1 %15, label %18, label %.preheader79

.preheader79:                                     ; preds = %13
  %16 = and i32 %9, 1
  %17 = icmp eq i32 %16, 0
  br i1 %17, label %.lr.ph, label %.preheader

18:                                               ; preds = %13
  %19 = add nuw nsw i32 %1, 1
  %20 = lshr exact i32 %19, 2
  %21 = zext nneg i32 %20 to i64
  %22 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %8, i64 noundef %21, i32 noundef %1)
  br label %.thread

.preheader:                                       ; preds = %.lr.ph, %.preheader79
  %.069.lcssa = phi i32 [ %9, %.preheader79 ], [ %24, %.lr.ph ]
  %.066.lcssa = phi i32 [ 0, %.preheader79 ], [ %23, %.lr.ph ]
  br label %27

.lr.ph:                                           ; preds = %.preheader79, %.lr.ph
  %.06681 = phi i32 [ %23, %.lr.ph ], [ 0, %.preheader79 ]
  %.06980 = phi i32 [ %24, %.lr.ph ], [ %9, %.preheader79 ]
  %23 = add nuw nsw i32 %.06681, 1
  %24 = ashr exact i32 %.06980, 1
  %25 = and i32 %.06980, 2
  %26 = icmp eq i32 %25, 0
  br i1 %26, label %.lr.ph, label %.preheader, !llvm.loop !5

27:                                               ; preds = %27, %.preheader
  %indvars.iv = phi i64 [ %indvars.iv.next, %27 ], [ 2, %.preheader ]
  %28 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %indvars.iv, i64 noundef %11, i32 noundef %1)
  %.not73 = icmp eq i32 %28, %9
  %indvars.iv.next = add nuw nsw i64 %indvars.iv, 1
  br i1 %.not73, label %29, label %27, !llvm.loop !7

29:                                               ; preds = %27
  %30 = add nsw i32 %.069.lcssa, 1
  %31 = ashr exact i32 %30, 1
  %32 = sext i32 %31 to i64
  %33 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %8, i64 noundef %32, i32 noundef %1)
  %34 = sext i32 %.069.lcssa to i64
  %35 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %8, i64 noundef %34, i32 noundef %1)
  %36 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %indvars.iv, i64 noundef %34, i32 noundef %1)
  %37 = sext i32 %1 to i64
  %38 = icmp ne i32 %.066.lcssa, 0
  %39 = icmp ne i32 %35, 1
  %40 = and i1 %38, %39
  br i1 %40, label %.lr.ph85.preheader, label %.thread

.lr.ph85.preheader:                               ; preds = %29, %._crit_edge
  %.059100 = phi i32 [ %57, %._crit_edge ], [ %36, %29 ]
  %.06199 = phi i32 [ %65, %._crit_edge ], [ %35, %29 ]
  %.06398 = phi i32 [ %61, %._crit_edge ], [ %33, %29 ]
  %.16797 = phi i32 [ %45, %._crit_edge ], [ %.066.lcssa, %29 ]
  br label %.lr.ph85

.lr.ph85:                                         ; preds = %.lr.ph85.preheader, %.lr.ph85
  %.05884 = phi i32 [ %44, %.lr.ph85 ], [ %.06199, %.lr.ph85.preheader ]
  %.06583 = phi i32 [ %45, %.lr.ph85 ], [ 0, %.lr.ph85.preheader ]
  %41 = sext i32 %.05884 to i64
  %42 = mul nsw i64 %41, %41
  %43 = srem i64 %42, %37
  %44 = trunc nsw i64 %43 to i32
  %45 = add nuw nsw i32 %.06583, 1
  %46 = icmp ult i32 %45, %.16797
  %47 = icmp ne i64 %43, 1
  %48 = select i1 %46, i1 %47, i1 false
  br i1 %48, label %.lr.ph85, label %._crit_edge, !llvm.loop !8

._crit_edge:                                      ; preds = %.lr.ph85
  %49 = sext i32 %.059100 to i64
  %reass.sub = sub i32 %.16797, %.06583
  %50 = add i32 %reass.sub, -2
  %51 = zext nneg i32 %50 to i64
  %52 = shl nuw i64 1, %51
  %53 = tail call noundef i32 @_Z5powerxxi(i64 noundef %49, i64 noundef %52, i32 noundef %1)
  %54 = sext i32 %53 to i64
  %55 = mul nsw i64 %54, %54
  %56 = srem i64 %55, %37
  %57 = trunc nsw i64 %56 to i32
  %58 = sext i32 %.06398 to i64
  %59 = mul nsw i64 %54, %58
  %60 = srem i64 %59, %37
  %61 = trunc nsw i64 %60 to i32
  %62 = sext i32 %.06199 to i64
  %63 = mul nsw i64 %56, %62
  %64 = srem i64 %63, %37
  %65 = trunc nsw i64 %64 to i32
  %.not101 = icmp eq i64 %64, 1
  br i1 %.not101, label %.thread, label %.lr.ph85.preheader, !llvm.loop !9

.thread:                                          ; preds = %._crit_edge, %29, %7, %2, %18
  %.2 = phi i32 [ %22, %18 ], [ 0, %2 ], [ -1, %7 ], [ %33, %29 ], [ %61, %._crit_edge ]
  ret i32 %.2
}

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)"}
!5 = distinct !{!5, !6}
!6 = !{!"llvm.loop.mustprogress"}
!7 = distinct !{!7, !6}
!8 = distinct !{!8, !6}
!9 = distinct !{!9, !6}


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