void pass1(unsigned int *a, unsigned int *b, unsigned int *r, unsigned int n,
           unsigned int alphabet_size) {
  unsigned int c[alphabet_size + 1];
  for (unsigned int i = 0; i <= alphabet_size; i++)
    c[i] = 0;
  for (unsigned int i = 0; i < n; i++)
    c[r[a[i]]]++;
  for (unsigned int i = 0, sum = 0; i <= alphabet_size; i++) {
    unsigned int t = c[i];
    c[i] = sum;
    sum += t;
  }
  for (unsigned int i = 0; i < n; i++)
    b[c[r[a[i]]]++] = a[i];
}


x86 assembly (clang, -O0):
<pass1>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x50,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %ecx,-0x1c(%rbp)
mov    %r8d,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %rsp,%rcx
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
lea    0xf(,%rax,4),%rdx
and    $0xfffffffffffffff0,%rdx
mov    %rsp,%rcx
sub    %rdx,%rcx
mov    %rcx,-0x50(%rbp)
mov    %rcx,%rsp
mov    %rax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
ja     1174 <pass1+0x74>
mov    -0x50(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
movl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    114c <pass1+0x4c>
movl   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jae    11b3 <pass1+0xb3>
mov    -0x50(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
mov    -0x8(%rbp),%rdx
mov    -0x38(%rbp),%esi
mov    (%rdx,%rsi,4),%edx
mov    (%rcx,%rdx,4),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x38(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
jmp    117b <pass1+0x7b>
movl   $0x0,-0x3c(%rbp)
movl   $0x0,-0x40(%rbp)
mov    -0x3c(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
ja     11fa <pass1+0xfa>
mov    -0x50(%rbp),%rax
mov    -0x3c(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%ecx
mov    %ecx,-0x44(%rbp)
mov    -0x40(%rbp),%edx
mov    -0x3c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x44(%rbp),%eax
add    -0x40(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x40(%rbp)
mov    -0x3c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
jmp    11c1 <pass1+0xc1>
movl   $0x0,-0x48(%rbp)
mov    -0x48(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jae    1255 <pass1+0x155>
mov    -0x50(%rbp),%rsi
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x48(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0x48(%rbp),%r8d
mov    (%rdi,%r8,4),%edi
mov    (%rcx,%rdi,4),%ecx
mov    %ecx,%edi
mov    (%rsi,%rdi,4),%ecx
mov    %ecx,%r8d
add    $0x1,%r8d
mov    %r8d,(%rsi,%rdi,4)
mov    %ecx,%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x48(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
jmp    1201 <pass1+0x101>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %rax,%rsp
mov    %rbp,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<pass1>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x18,%rsp
mov    %ecx,-0x2c(%rbp)
mov    %rdx,%r15
mov    %rsi,-0x38(%rbp)
mov    %rdi,%r12
lea    0x1(%r8),%r13d
mov    %rsp,%rbx
lea    0xf(,%r13,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
sub    %rax,%rbx
mov    %rbx,%rsp
mov    %r8d,%eax
lea    0x4(,%rax,4),%rdx
xor    %r14d,%r14d
mov    %rbx,%rdi
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
mov    %eax,%r8d
test   %eax,%eax
je     11b4 <pass1+0xa4>
cmp    $0x1,%eax
jne    1172 <pass1+0x62>
xor    %ecx,%ecx
jmp    11a2 <pass1+0x92>
mov    %r8d,%edx
and    $0xfffffffe,%edx
xor    %ecx,%ecx
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%r12,%rcx,4),%esi
mov    (%r15,%rsi,4),%esi
addl   $0x1,(%rbx,%rsi,4)
mov    0x4(%r12,%rcx,4),%esi
mov    (%r15,%rsi,4),%esi
addl   $0x1,(%rbx,%rsi,4)
add    $0x2,%rcx
cmp    %rcx,%rdx
jne    1180 <pass1+0x70>
test   $0x1,%r8b
je     11b4 <pass1+0xa4>
mov    (%r12,%rcx,4),%ecx
mov    (%r15,%rcx,4),%ecx
addl   $0x1,(%rbx,%rcx,4)
lea    -0x1(%r13),%rdx
mov    %r13d,%ecx
and    $0x3,%ecx
cmp    $0x3,%rdx
jae    11cc <pass1+0xbc>
xor    %edx,%edx
mov    -0x38(%rbp),%r10
jmp    1213 <pass1+0x103>
and    $0xfffffffc,%r13d
xor    %edx,%edx
xor    %r14d,%r14d
mov    -0x38(%rbp),%r10
nopl   0x0(%rax)
mov    (%rbx,%rdx,4),%esi
add    %r14d,%esi
mov    %r14d,(%rbx,%rdx,4)
mov    0x4(%rbx,%rdx,4),%edi
add    %esi,%edi
mov    %esi,0x4(%rbx,%rdx,4)
mov    0x8(%rbx,%rdx,4),%esi
add    %edi,%esi
mov    %edi,0x8(%rbx,%rdx,4)
mov    0xc(%rbx,%rdx,4),%r14d
add    %esi,%r14d
mov    %esi,0xc(%rbx,%rdx,4)
add    $0x4,%rdx
cmp    %rdx,%r13
jne    11e0 <pass1+0xd0>
test   %rcx,%rcx
je     1236 <pass1+0x126>
lea    (%rbx,%rdx,4),%rdx
xor    %esi,%esi
xchg   %ax,%ax
mov    (%rdx,%rsi,4),%edi
add    %r14d,%edi
mov    %r14d,(%rdx,%rsi,4)
add    $0x1,%rsi
mov    %edi,%r14d
cmp    %rsi,%rcx
jne    1220 <pass1+0x110>
test   %eax,%eax
je     129f <pass1+0x18f>
cmp    $0x1,%eax
jne    1243 <pass1+0x133>
xor    %ecx,%ecx
jmp    1284 <pass1+0x174>
mov    %r8d,%r9d
and    $0xfffffffe,%r9d
xor    %ecx,%ecx
nopl   0x0(%rax)
mov    (%r12,%rcx,4),%esi
mov    (%r15,%rsi,4),%edi
mov    (%rbx,%rdi,4),%eax
lea    0x1(%rax),%edx
mov    %edx,(%rbx,%rdi,4)
mov    %esi,(%r10,%rax,4)
mov    0x4(%r12,%rcx,4),%eax
mov    (%r15,%rax,4),%edx
mov    (%rbx,%rdx,4),%esi
lea    0x1(%rsi),%edi
mov    %edi,(%rbx,%rdx,4)
mov    %eax,(%r10,%rsi,4)
add    $0x2,%rcx
cmp    %rcx,%r9
jne    1250 <pass1+0x140>
test   $0x1,%r8b
je     129f <pass1+0x18f>
mov    (%r12,%rcx,4),%eax
mov    (%r15,%rax,4),%ecx
mov    (%rbx,%rcx,4),%edx
lea    0x1(%rdx),%esi
mov    %esi,(%rbx,%rcx,4)
mov    %eax,(%r10,%rdx,4)
lea    -0x28(%rbp),%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @pass1(i32* %0, i32* %1, i32* %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = alloca i32*
%7 = alloca i32*
%8 = alloca i32*
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i8*
%12 = alloca i64
%13 = alloca i32
%14 = alloca i32
%15 = alloca i32
%16 = alloca i32
%17 = alloca i32
%18 = alloca i32
store i32* %0, i32** %6
store i32* %1, i32** %7
store i32* %2, i32** %8
store i32 %3, i32* %9
store i32 %4, i32* %10
%19 = load i32, i32* %10
%20 = add i32 %19, 1
%21 = zext i32 %20 to i64
%22 = call i8* @llvm.stacksave()
store i8* %22, i8** %11
%23 = alloca i32, i64 %21
store i64 %21, i64* %12
store i32 0, i32* %13
br label %24
24: ; preds = %32, %5
%25 = load i32, i32* %13
%26 = load i32, i32* %10
%27 = icmp ule i32 %25, %26
br i1 %27, label %28, label %35
28: ; preds = %24
%29 = load i32, i32* %13
%30 = zext i32 %29 to i64
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %30
store i32 0, i32* %31
br label %32
32: ; preds = %28
%33 = load i32, i32* %13
%34 = add i32 %33, 1
store i32 %34, i32* %13
br label %24
35: ; preds = %24
store i32 0, i32* %14
br label %36
36: ; preds = %54, %35
%37 = load i32, i32* %14
%38 = load i32, i32* %9
%39 = icmp ult i32 %37, %38
br i1 %39, label %40, label %57
40: ; preds = %36
%41 = load i32*, i32** %8
%42 = load i32*, i32** %6
%43 = load i32, i32* %14
%44 = zext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds i32, i32* %42, i64 %44
%46 = load i32, i32* %45
%47 = zext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %41, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
%50 = zext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = add i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %51
br label %54
54: ; preds = %40
%55 = load i32, i32* %14
%56 = add i32 %55, 1
store i32 %56, i32* %14
br label %36
57: ; preds = %36
store i32 0, i32* %15
store i32 0, i32* %16
br label %58
58: ; preds = %74, %57
%59 = load i32, i32* %15
%60 = load i32, i32* %10
%61 = icmp ule i32 %59, %60
br i1 %61, label %62, label %77
62: ; preds = %58
%63 = load i32, i32* %15
%64 = zext i32 %63 to i64
%65 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %64
%66 = load i32, i32* %65
store i32 %66, i32* %17
%67 = load i32, i32* %16
%68 = load i32, i32* %15
%69 = zext i32 %68 to i64
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %69
store i32 %67, i32* %70
%71 = load i32, i32* %17
%72 = load i32, i32* %16
%73 = add i32 %72, %71
store i32 %73, i32* %16
br label %74
74: ; preds = %62
%75 = load i32, i32* %15
%76 = add i32 %75, 1
store i32 %76, i32* %15
br label %58
77: ; preds = %58
store i32 0, i32* %18
br label %78
78: ; preds = %104, %77
%79 = load i32, i32* %18
%80 = load i32, i32* %9
%81 = icmp ult i32 %79, %80
br i1 %81, label %82, label %107
82: ; preds = %78
%83 = load i32*, i32** %6
%84 = load i32, i32* %18
%85 = zext i32 %84 to i64
%86 = getelementptr inbounds i32, i32* %83, i64 %85
%87 = load i32, i32* %86
%88 = load i32*, i32** %7
%89 = load i32*, i32** %8
%90 = load i32*, i32** %6
%91 = load i32, i32* %18
%92 = zext i32 %91 to i64
%93 = getelementptr inbounds i32, i32* %90, i64 %92
%94 = load i32, i32* %93
%95 = zext i32 %94 to i64
%96 = getelementptr inbounds i32, i32* %89, i64 %95
%97 = load i32, i32* %96
%98 = zext i32 %97 to i64
%99 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %98
%100 = load i32, i32* %99
%101 = add i32 %100, 1
store i32 %101, i32* %99
%102 = zext i32 %100 to i64
%103 = getelementptr inbounds i32, i32* %88, i64 %102
store i32 %87, i32* %103
br label %104
104: ; preds = %82
%105 = load i32, i32* %18
%106 = add i32 %105, 1
store i32 %106, i32* %18
br label %78
107: ; preds = %78
%108 = load i8*, i8** %11
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @pass1(i32* nocapture %0, i32* nocapture writeonly %1, i32* nocapture %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = add i32 %4, 1
%7 = zext i32 %6 to i64
%8 = alloca i32, i64 %7
%9 = bitcast i32* %8 to i8*
%10 = zext i32 %4 to i64
%11 = shl nuw nsw i64 %10, 2
%12 = add nuw nsw i64 %11, 4
%13 = icmp eq i32 %3, 0
br i1 %13, label %27, label %33
14: ; preds = %39, %33
%15 = phi i64 [ 0, %33 ], [ %61, %39 ]
%16 = icmp eq i64 %35, 0
br i1 %16, label %27, label %17
17: ; preds = %14
%18 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %15
%19 = load i32, i32* %18
%20 = zext i32 %19 to i64
%21 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %20
%22 = load i32, i32* %21
%23 = zext i32 %22 to i64
%24 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %23
%25 = load i32, i32* %24
%26 = add i32 %25, 1
store i32 %26, i32* %24
br label %27
27: ; preds = %17, %14, %5
%28 = add nsw i64 %7, -1
%29 = and i64 %7, 3
%30 = icmp ult i64 %28, 3
br i1 %30, label %64, label %31
31: ; preds = %27
%32 = and i64 %7, 4294967292
br label %85
33: ; preds = %5
%34 = zext i32 %3 to i64
%35 = and i64 %34, 1
%36 = icmp eq i32 %3, 1
br i1 %36, label %14, label %37
37: ; preds = %33
%38 = and i64 %34, 4294967294
br label %39
39: ; preds = %39, %37
%40 = phi i64 [ 0, %37 ], [ %61, %39 ]
%41 = phi i64 [ 0, %37 ], [ %62, %39 ]
%42 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %40
%43 = load i32, i32* %42
%44 = zext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %44
%46 = load i32, i32* %45
%47 = zext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
%50 = add i32 %49, 1
store i32 %50, i32* %48
%51 = or i64 %40, 1
%52 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %51
%53 = load i32, i32* %52
%54 = zext i32 %53 to i64
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = zext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %57
%59 = load i32, i32* %58
%60 = add i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %58
%61 = add nuw nsw i64 %40, 2
%62 = add i64 %41, 2
%63 = icmp eq i64 %62, %38
br i1 %63, label %14, label %39
64: ; preds = %85, %27
%65 = phi i64 [ 0, %27 ], [ %104, %85 ]
%66 = phi i32 [ 0, %27 ], [ %103, %85 ]
%67 = icmp eq i64 %29, 0
br i1 %67, label %78, label %68
68: ; preds = %64, %68
%69 = phi i64 [ %75, %68 ], [ %65, %64 ]
%70 = phi i32 [ %74, %68 ], [ %66, %64 ]
%71 = phi i64 [ %76, %68 ], [ 0, %64 ]
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %69
%73 = load i32, i32* %72
store i32 %70, i32* %72
%74 = add i32 %73, %70
%75 = add nuw nsw i64 %69, 1
%76 = add i64 %71, 1
%77 = icmp eq i64 %76, %29
br i1 %77, label %78, label %68
78: ; preds = %68, %64
br i1 %13, label %122, label %79
79: ; preds = %78
%80 = zext i32 %3 to i64
%81 = and i64 %80, 1
%82 = icmp eq i32 %3, 1
br i1 %82, label %107, label %83
83: ; preds = %79
%84 = and i64 %80, 4294967294
br label %123
85: ; preds = %85, %31
%86 = phi i64 [ 0, %31 ], [ %104, %85 ]
%87 = phi i32 [ 0, %31 ], [ %103, %85 ]
%88 = phi i64 [ 0, %31 ], [ %105, %85 ]
%89 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %86
%90 = load i32, i32* %89
store i32 %87, i32* %89
%91 = add i32 %90, %87
%92 = or i64 %86, 1
%93 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %92
%94 = load i32, i32* %93
store i32 %91, i32* %93
%95 = add i32 %94, %91
%96 = or i64 %86, 2
%97 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %96
%98 = load i32, i32* %97
store i32 %95, i32* %97
%99 = add i32 %98, %95
%100 = or i64 %86, 3
%101 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %100
%102 = load i32, i32* %101
store i32 %99, i32* %101
%103 = add i32 %102, %99
%104 = add nuw nsw i64 %86, 4
%105 = add i64 %88, 4
%106 = icmp eq i64 %105, %32
br i1 %106, label %64, label %85
107: ; preds = %123, %79
%108 = phi i64 [ 0, %79 ], [ %149, %123 ]
%109 = icmp eq i64 %81, 0
br i1 %109, label %122, label %110
110: ; preds = %107
%111 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %108
%112 = load i32, i32* %111
%113 = zext i32 %112 to i64
%114 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %113
%115 = load i32, i32* %114
%116 = zext i32 %115 to i64
%117 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %116
%118 = load i32, i32* %117
%119 = add i32 %118, 1
store i32 %119, i32* %117
%120 = zext i32 %118 to i64
%121 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %120
store i32 %112, i32* %121
br label %122
122: ; preds = %110, %107, %78
ret void
123: ; preds = %123, %83
%124 = phi i64 [ 0, %83 ], [ %149, %123 ]
%125 = phi i64 [ 0, %83 ], [ %150, %123 ]
%126 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %124
%127 = load i32, i32* %126
%128 = zext i32 %127 to i64
%129 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %128
%130 = load i32, i32* %129
%131 = zext i32 %130 to i64
%132 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %131
%133 = load i32, i32* %132
%134 = add i32 %133, 1
store i32 %134, i32* %132
%135 = zext i32 %133 to i64
%136 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %135
store i32 %127, i32* %136
%137 = or i64 %124, 1
%138 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %137
%139 = load i32, i32* %138
%140 = zext i32 %139 to i64
%141 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %140
%142 = load i32, i32* %141
%143 = zext i32 %142 to i64
%144 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %143
%145 = load i32, i32* %144
%146 = add i32 %145, 1
store i32 %146, i32* %144
%147 = zext i32 %145 to i64
%148 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %147
store i32 %139, i32* %148
%149 = add nuw nsw i64 %124, 2
%150 = add i64 %125, 2
%151 = icmp eq i64 %150, %84
br i1 %151, label %107, label %123
}