void fast_sort(int a[], int n) {
  int k = 0, i;
  int nums[10] = {0};
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    nums[a[i]]++;
  }
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    while (nums[i] > 0) {
      a[k++] = i;
      nums[i]--;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<fast_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
lea    -0x40(%rbp),%rdi
xor    %esi,%esi
mov    $0x28,%edx
call   1030 <memset@plt>
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    116e <fast_sort+0x5e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
movslq (%rax,%rcx,4),%rax
mov    -0x40(%rbp,%rax,4),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,-0x40(%rbp,%rax,4)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    113d <fast_sort+0x2d>
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11d4 <fast_sort+0xc4>
jmp    1186 <fast_sort+0x76>
movslq -0x14(%rbp),%rax
cmpl   $0x0,-0x40(%rbp,%rax,4)
jle    11c1 <fast_sort+0xb1>
mov    -0x14(%rbp),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x10(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x10(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
movslq -0x14(%rbp),%rax
mov    -0x40(%rbp,%rax,4),%ecx
add    $0xffffffff,%ecx
mov    %ecx,-0x40(%rbp,%rax,4)
jmp    1186 <fast_sort+0x76>
jmp    11c6 <fast_sort+0xb6>
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1175 <fast_sort+0x65>
add    $0x40,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<fast_sort>:
push   %r15
push   %r14
push   %r12
push   %rbx
pxor   %xmm0,%xmm0
movdqa %xmm0,-0x18(%rsp)
movdqa %xmm0,-0x28(%rsp)
movq   $0x0,-0x8(%rsp)
test   %esi,%esi
jle    12c5 <fast_sort+0x1c5>
mov    %esi,%r10d
lea    -0x1(%r10),%rcx
mov    %r10d,%eax
and    $0x3,%eax
cmp    $0x3,%rcx
jae    113f <fast_sort+0x3f>
xor    %ecx,%ecx
jmp    1180 <fast_sort+0x80>
mov    %r10d,%edx
and    $0xfffffffc,%edx
xor    %ecx,%ecx
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rdi,%rcx,4),%rbx
addl   $0x1,-0x28(%rsp,%rbx,4)
movslq 0x4(%rdi,%rcx,4),%rbx
addl   $0x1,-0x28(%rsp,%rbx,4)
movslq 0x8(%rdi,%rcx,4),%rbx
addl   $0x1,-0x28(%rsp,%rbx,4)
movslq 0xc(%rdi,%rcx,4),%rbx
addl   $0x1,-0x28(%rsp,%rbx,4)
add    $0x4,%rcx
cmp    %rcx,%rdx
jne    1150 <fast_sort+0x50>
test   %rax,%rax
je     11a2 <fast_sort+0xa2>
lea    (%rdi,%rcx,4),%rcx
xor    %edx,%edx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rcx,%rdx,4),%rbx
addl   $0x1,-0x28(%rsp,%rbx,4)
add    $0x1,%rdx
cmp    %rdx,%rax
jne    1190 <fast_sort+0x90>
test   %esi,%esi
jle    12c5 <fast_sort+0x1c5>
lea    0x70(%rdi),%r8
lea    0x10(%rdi),%r9
xor    %r12d,%r12d
xor    %ecx,%ecx
jmp    11d4 <fast_sort+0xd4>
nopl   0x0(%rax)
xor    %edx,%edx
mov    %edx,-0x28(%rsp,%r12,4)
add    $0x1,%r12
cmp    %r10,%r12
je     12c5 <fast_sort+0x1c5>
mov    -0x28(%rsp,%r12,4),%edx
test   %edx,%edx
jle    11c2 <fast_sort+0xc2>
movslq %ecx,%rcx
lea    -0x1(%rdx),%r14d
cmp    $0x7,%r14d
jb     12a3 <fast_sort+0x1a3>
add    $0x1,%r14
mov    %r14,%r11
and    $0xfffffffffffffff8,%r11
movd   %r12d,%xmm0
pshufd $0x0,%xmm0,%xmm0
lea    -0x8(%r11),%rax
mov    %rax,%rbx
shr    $0x3,%rbx
add    $0x1,%rbx
mov    %ebx,%r15d
and    $0x3,%r15d
cmp    $0x18,%rax
jae    1223 <fast_sort+0x123>
xor    %eax,%eax
jmp    1269 <fast_sort+0x169>
and    $0xfffffffffffffffc,%rbx
lea    (%r8,%rcx,4),%rsi
xor    %eax,%eax
nopl   (%rax)
movdqu %xmm0,-0x70(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x60(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x50(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x40(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x30(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x20(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,-0x10(%rsi,%rax,4)
movdqu %xmm0,(%rsi,%rax,4)
add    $0x20,%rax
add    $0xfffffffffffffffc,%rbx
jne    1230 <fast_sort+0x130>
test   %r15,%r15
je     1294 <fast_sort+0x194>
add    %rcx,%rax
lea    (%r9,%rax,4),%rax
shl    $0x5,%r15
xor    %esi,%esi
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movdqu %xmm0,-0x10(%rax,%rsi,1)
movdqu %xmm0,(%rax,%rsi,1)
add    $0x20,%rsi
cmp    %rsi,%r15
jne    1280 <fast_sort+0x180>
add    %r11,%rcx
cmp    %r11,%r14
je     11c0 <fast_sort+0xc0>
sub    %r11d,%edx
add    $0x1,%edx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    %r12d,(%rdi,%rcx,4)
add    $0x1,%rcx
add    $0xffffffff,%edx
cmp    $0x1,%edx
ja     12b0 <fast_sort+0x1b0>
jmp    11c0 <fast_sort+0xc0>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r14
pop    %r15
ret

LLVM IR (-O0):
define void @fast_sort(i32* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32*
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca [10 x i32]
store i32* %0, i32** %3
store i32 %1, i32* %4
store i32 0, i32* %5
%8 = bitcast [10 x i32]* %7 to i8*
store i32 0, i32* %6
br label %9
9: ; preds = %23, %2
%10 = load i32, i32* %6
%11 = load i32, i32* %4
%12 = icmp slt i32 %10, %11
br i1 %12, label %13, label %26
13: ; preds = %9
%14 = load i32*, i32** %3
%15 = load i32, i32* %6
%16 = sext i32 %15 to i64
%17 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %16
%18 = load i32, i32* %17
%19 = sext i32 %18 to i64
%20 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %7, i64 0, i64 %19
%21 = load i32, i32* %20
%22 = add nsw i32 %21, 1
store i32 %22, i32* %20
br label %23
23: ; preds = %13
%24 = load i32, i32* %6
%25 = add nsw i32 %24, 1
store i32 %25, i32* %6
br label %9
26: ; preds = %9
store i32 0, i32* %6
br label %27
27: ; preds = %51, %26
%28 = load i32, i32* %6
%29 = load i32, i32* %4
%30 = icmp slt i32 %28, %29
br i1 %30, label %31, label %54
31: ; preds = %27
br label %32
32: ; preds = %38, %31
%33 = load i32, i32* %6
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %7, i64 0, i64 %34
%36 = load i32, i32* %35
%37 = icmp sgt i32 %36, 0
br i1 %37, label %38, label %50
38: ; preds = %32
%39 = load i32, i32* %6
%40 = load i32*, i32** %3
%41 = load i32, i32* %5
%42 = add nsw i32 %41, 1
store i32 %42, i32* %5
%43 = sext i32 %41 to i64
%44 = getelementptr inbounds i32, i32* %40, i64 %43
store i32 %39, i32* %44
%45 = load i32, i32* %6
%46 = sext i32 %45 to i64
%47 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %7, i64 0, i64 %46
%48 = load i32, i32* %47
%49 = add nsw i32 %48, -1
store i32 %49, i32* %47
br label %32
50: ; preds = %32
br label %51
51: ; preds = %50
%52 = load i32, i32* %6
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %6
br label %27
54: ; preds = %27
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @fast_sort(i32* nocapture %0, i32 %1) {
%3 = alloca [10 x i32]
%4 = bitcast [10 x i32]* %3 to i8*
%5 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %5, label %6, label %156
6: ; preds = %2
%7 = zext i32 %1 to i64
%8 = add nsw i64 %7, -1
%9 = and i64 %7, 3
%10 = icmp ult i64 %8, 3
br i1 %10, label %13, label %11
11: ; preds = %6
%12 = and i64 %7, 4294967292
br label %31
13: ; preds = %31, %6
%14 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %61, %31 ]
%15 = icmp eq i64 %9, 0
br i1 %15, label %28, label %16
16: ; preds = %13, %16
%17 = phi i64 [ %25, %16 ], [ %14, %13 ]
%18 = phi i64 [ %26, %16 ], [ 0, %13 ]
%19 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %17
%20 = load i32, i32* %19
%21 = sext i32 %20 to i64
%22 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %21
%23 = load i32, i32* %22
%24 = add nsw i32 %23, 1
store i32 %24, i32* %22
%25 = add nuw nsw i64 %17, 1
%26 = add i64 %18, 1
%27 = icmp eq i64 %26, %9
br i1 %27, label %28, label %16
28: ; preds = %16, %13
br i1 %5, label %29, label %156
29: ; preds = %28
%30 = zext i32 %1 to i64
br label %64
31: ; preds = %31, %11
%32 = phi i64 [ 0, %11 ], [ %61, %31 ]
%33 = phi i64 [ 0, %11 ], [ %62, %31 ]
%34 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %32
%35 = load i32, i32* %34
%36 = sext i32 %35 to i64
%37 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %36
%38 = load i32, i32* %37
%39 = add nsw i32 %38, 1
store i32 %39, i32* %37
%40 = or i64 %32, 1
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %40
%42 = load i32, i32* %41
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %43
%45 = load i32, i32* %44
%46 = add nsw i32 %45, 1
store i32 %46, i32* %44
%47 = or i64 %32, 2
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
%50 = sext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %51
%54 = or i64 %32, 3
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %57
%59 = load i32, i32* %58
%60 = add nsw i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %58
%61 = add nuw nsw i64 %32, 4
%62 = add i64 %33, 4
%63 = icmp eq i64 %62, %12
br i1 %63, label %13, label %31
64: ; preds = %29, %151
%65 = phi i64 [ 0, %29 ], [ %154, %151 ]
%66 = phi i32 [ 0, %29 ], [ %153, %151 ]
%67 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %3, i64 0, i64 %65
%68 = load i32, i32* %67
%69 = icmp sgt i32 %68, 0
br i1 %69, label %70, label %151
70: ; preds = %64
%71 = sext i32 %66 to i64
%72 = trunc i64 %65 to i32
%73 = add i32 %68, -1
%74 = zext i32 %73 to i64
%75 = add nuw nsw i64 %74, 1
%76 = icmp ult i32 %73, 7
br i1 %76, label %138, label %77
77: ; preds = %70
%78 = and i64 %75, 8589934584
%79 = add nsw i64 %78, %71
%80 = trunc i64 %78 to i32
%81 = sub i32 %68, %80
%82 = insertelement <4 x i32> poison, i32 %72, i64 0
%83 = shufflevector <4 x i32> %82, <4 x i32> poison, <4 x i32> zeroinitializer
%84 = insertelement <4 x i32> poison, i32 %72, i64 0
%85 = shufflevector <4 x i32> %84, <4 x i32> poison, <4 x i32> zeroinitializer
%86 = add nsw i64 %78, -8
%87 = lshr exact i64 %86, 3
%88 = add nuw nsw i64 %87, 1
%89 = and i64 %88, 3
%90 = icmp ult i64 %86, 24
br i1 %90, label %122, label %91
91: ; preds = %77
%92 = and i64 %88, 4611686018427387900
br label %93
93: ; preds = %93, %91
%94 = phi i64 [ 0, %91 ], [ %119, %93 ]
%95 = phi i64 [ 0, %91 ], [ %120, %93 ]
%96 = add i64 %94, %71
%97 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %96
%98 = bitcast i32* %97 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %83, <4 x i32>* %98
%99 = getelementptr inbounds i32, i32* %97, i64 4
%100 = bitcast i32* %99 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %85, <4 x i32>* %100
%101 = or i64 %94, 8
%102 = add i64 %101, %71
%103 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %102
%104 = bitcast i32* %103 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %83, <4 x i32>* %104
%105 = getelementptr inbounds i32, i32* %103, i64 4
%106 = bitcast i32* %105 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %85, <4 x i32>* %106
%107 = or i64 %94, 16
%108 = add i64 %107, %71
%109 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %108
%110 = bitcast i32* %109 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %83, <4 x i32>* %110
%111 = getelementptr inbounds i32, i32* %109, i64 4
%112 = bitcast i32* %111 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %85, <4 x i32>* %112
%113 = or i64 %94, 24
%114 = add i64 %113, %71
%115 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %114
%116 = bitcast i32* %115 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %83, <4 x i32>* %116
%117 = getelementptr inbounds i32, i32* %115, i64 4
%118 = bitcast i32* %117 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %85, <4 x i32>* %118
%119 = add nuw i64 %94, 32
%120 = add i64 %95, 4
%121 = icmp eq i64 %120, %92
br i1 %121, label %122, label %93
122: ; preds = %93, %77
%123 = phi i64 [ 0, %77 ], [ %119, %93 ]
%124 = icmp eq i64 %89, 0
br i1 %124, label %136, label %125
125: ; preds = %122, %125
%126 = phi i64 [ %133, %125 ], [ %123, %122 ]
%127 = phi i64 [ %134, %125 ], [ 0, %122 ]
%128 = add i64 %126, %71
%129 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %128
%130 = bitcast i32* %129 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %83, <4 x i32>* %130
%131 = getelementptr inbounds i32, i32* %129, i64 4
%132 = bitcast i32* %131 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %85, <4 x i32>* %132
%133 = add nuw i64 %126, 8
%134 = add i64 %127, 1
%135 = icmp eq i64 %134, %89
br i1 %135, label %136, label %125
136: ; preds = %125, %122
%137 = icmp eq i64 %75, %78
br i1 %137, label %148, label %138
138: ; preds = %70, %136
%139 = phi i64 [ %71, %70 ], [ %79, %136 ]
%140 = phi i32 [ %68, %70 ], [ %81, %136 ]
br label %141
141: ; preds = %138, %141
%142 = phi i64 [ %144, %141 ], [ %139, %138 ]
%143 = phi i32 [ %146, %141 ], [ %140, %138 ]
%144 = add nsw i64 %142, 1
%145 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %142
store i32 %72, i32* %145
%146 = add nsw i32 %143, -1
%147 = icmp ugt i32 %143, 1
br i1 %147, label %141, label %148
148: ; preds = %141, %136
%149 = phi i64 [ %79, %136 ], [ %144, %141 ]
%150 = trunc i64 %149 to i32
br label %151
151: ; preds = %148, %64
%152 = phi i32 [ %68, %64 ], [ 0, %148 ]
%153 = phi i32 [ %66, %64 ], [ %150, %148 ]
store i32 %152, i32* %67
%154 = add nuw nsw i64 %65, 1
%155 = icmp eq i64 %154, %30
br i1 %155, label %156, label %64
156: ; preds = %151, %2, %28
ret void
}