void merge(int a[], int low, int mid, int high) {
  int b[high - low + 1];
  int i = low, j = mid + 1, k = 0;
  while (i <= mid && j <= high) {
    if (a[i] <= a[j])
      b[k++] = a[i++];
    else
      b[k++] = a[j++];
  }
  while (i <= mid)
    b[k++] = a[i++];
  while (j <= high)
    b[k++] = a[j++];
  k--;
  while (k >= 0) {
    a[low + k] = b[k];
    k--;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x50,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    %ecx,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
sub    %ecx,%eax
add    $0x1,%eax
mov    %rsp,%rcx
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
lea    0xf(,%rax,4),%rdx
and    $0xfffffffffffffff0,%rdx
mov    %rsp,%rcx
sub    %rdx,%rcx
mov    %rcx,-0x40(%rbp)
mov    %rcx,%rsp
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
xor    %eax,%eax
cmp    -0x10(%rbp),%ecx
mov    %al,-0x41(%rbp)
jg     1177 <merge+0x77>
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
setle  %al
mov    %al,-0x41(%rbp)
mov    -0x41(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    1187 <merge+0x87>
jmp    1201 <merge+0x101>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x30(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
jg     11d2 <merge+0xd2>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
mov    -0x2c(%rbp),%edx
mov    %edx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x2c(%rbp)
movslq %edx,%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x34(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    11fc <merge+0xfc>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
mov    -0x30(%rbp),%edx
mov    %edx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x30(%rbp)
movslq %edx,%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x34(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    115a <merge+0x5a>
jmp    1206 <merge+0x106>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jg     1241 <merge+0x141>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
mov    -0x2c(%rbp),%edx
mov    %edx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x2c(%rbp)
movslq %edx,%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x34(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1206 <merge+0x106>
jmp    1246 <merge+0x146>
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jg     1281 <merge+0x181>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
mov    -0x30(%rbp),%edx
mov    %edx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x30(%rbp)
movslq %edx,%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x34(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1246 <merge+0x146>
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x34(%rbp)
jl     12bd <merge+0x1bd>
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
add    -0x34(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    128a <merge+0x18a>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,%rsp
mov    %rbp,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x18,%rsp
mov    %ecx,%r9d
mov    %edx,%r13d
mov    %rdi,%r12
mov    %ecx,%eax
sub    %esi,%eax
add    $0x1,%eax
lea    0xf(,%rax,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
mov    %rsp,%r8
sub    %rax,%r8
mov    %r8,%rsp
lea    0x1(%r13),%r14d
xor    %r15d,%r15d
cmp    %edx,%esi
jg     1196 <merge+0x86>
cmp    %r9d,%r13d
jge    1196 <merge+0x86>
xor    %r15d,%r15d
mov    %esi,%eax
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
cltq
mov    (%r12,%rax,4),%ecx
movslq %r14d,%r14
mov    (%r12,%r14,4),%edx
xor    %ebx,%ebx
xor    %edi,%edi
cmp    %edx,%ecx
setg   %bl
setle  %dil
cmovg  %edx,%ecx
add    %edi,%eax
add    %ebx,%r14d
mov    %ecx,(%r8,%r15,4)
add    $0x1,%r15
cmp    %r13d,%eax
jg     1198 <merge+0x88>
cmp    %r9d,%r14d
jle    1160 <merge+0x50>
jmp    1198 <merge+0x88>
mov    %esi,%eax
cmp    %r13d,%eax
mov    %r8,-0x38(%rbp)
mov    %rsi,-0x30(%rbp)
jg     11d0 <merge+0xc0>
mov    %r15d,%ecx
lea    (%r8,%rcx,4),%rdi
movslq %eax,%rcx
lea    (%r12,%rcx,4),%rsi
sub    %eax,%r13d
lea    0x4(,%r13,4),%rdx
mov    %r9,%rbx
call   1030 <memcpy@plt>
mov    %rbx,%r9
add    %r13d,%r15d
add    $0x1,%r15d
cmp    %r9d,%r14d
jg     1201 <merge+0xf1>
mov    %r15d,%eax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
lea    (%rcx,%rax,4),%rdi
movslq %r14d,%rax
lea    (%r12,%rax,4),%rsi
sub    %r14d,%r9d
lea    0x4(,%r9,4),%rdx
mov    %r9,%rbx
call   1030 <memcpy@plt>
add    %ebx,%r15d
add    $0x1,%r15d
mov    -0x30(%rbp),%rax
test   %r15d,%r15d
jle    122d <merge+0x11d>
add    %r15d,%eax
add    $0xffffffff,%eax
cltq
lea    -0x1(%r15),%ecx
sub    %rcx,%rax
lea    (%r12,%rax,4),%rdi
mov    %r15d,%edx
shl    $0x2,%rdx
mov    -0x38(%rbp),%rsi
call   1030 <memcpy@plt>
lea    -0x28(%rbp),%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @merge(i32* %0, i32 %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i8*
%10 = alloca i64
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
store i32* %0, i32** %5
store i32 %1, i32* %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
%14 = load i32, i32* %8
%15 = load i32, i32* %6
%16 = sub nsw i32 %14, %15
%17 = add nsw i32 %16, 1
%18 = zext i32 %17 to i64
%19 = call i8* @llvm.stacksave()
store i8* %19, i8** %9
%20 = alloca i32, i64 %18
store i64 %18, i64* %10
%21 = load i32, i32* %6
store i32 %21, i32* %11
%22 = load i32, i32* %7
%23 = add nsw i32 %22, 1
store i32 %23, i32* %12
store i32 0, i32* %13
br label %24
24: ; preds = %68, %4
%25 = load i32, i32* %11
%26 = load i32, i32* %7
%27 = icmp sle i32 %25, %26
br i1 %27, label %28, label %32
28: ; preds = %24
%29 = load i32, i32* %12
%30 = load i32, i32* %8
%31 = icmp sle i32 %29, %30
br label %32
32: ; preds = %28, %24
%33 = phi i1 [ false, %24 ], [ %31, %28 ]
br i1 %33, label %34, label %69
34: ; preds = %32
%35 = load i32*, i32** %5
%36 = load i32, i32* %11
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds i32, i32* %35, i64 %37
%39 = load i32, i32* %38
%40 = load i32*, i32** %5
%41 = load i32, i32* %12
%42 = sext i32 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds i32, i32* %40, i64 %42
%44 = load i32, i32* %43
%45 = icmp sle i32 %39, %44
br i1 %45, label %46, label %57
46: ; preds = %34
%47 = load i32*, i32** %5
%48 = load i32, i32* %11
%49 = add nsw i32 %48, 1
store i32 %49, i32* %11
%50 = sext i32 %48 to i64
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %47, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = load i32, i32* %13
%54 = add nsw i32 %53, 1
store i32 %54, i32* %13
%55 = sext i32 %53 to i64
%56 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %55
store i32 %52, i32* %56
br label %68
57: ; preds = %34
%58 = load i32*, i32** %5
%59 = load i32, i32* %12
%60 = add nsw i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %12
%61 = sext i32 %59 to i64
%62 = getelementptr inbounds i32, i32* %58, i64 %61
%63 = load i32, i32* %62
%64 = load i32, i32* %13
%65 = add nsw i32 %64, 1
store i32 %65, i32* %13
%66 = sext i32 %64 to i64
%67 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %66
store i32 %63, i32* %67
br label %68
68: ; preds = %57, %46
br label %24
69: ; preds = %32
br label %70
70: ; preds = %74, %69
%71 = load i32, i32* %11
%72 = load i32, i32* %7
%73 = icmp sle i32 %71, %72
br i1 %73, label %74, label %85
74: ; preds = %70
%75 = load i32*, i32** %5
%76 = load i32, i32* %11
%77 = add nsw i32 %76, 1
store i32 %77, i32* %11
%78 = sext i32 %76 to i64
%79 = getelementptr inbounds i32, i32* %75, i64 %78
%80 = load i32, i32* %79
%81 = load i32, i32* %13
%82 = add nsw i32 %81, 1
store i32 %82, i32* %13
%83 = sext i32 %81 to i64
%84 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %83
store i32 %80, i32* %84
br label %70
85: ; preds = %70
br label %86
86: ; preds = %90, %85
%87 = load i32, i32* %12
%88 = load i32, i32* %8
%89 = icmp sle i32 %87, %88
br i1 %89, label %90, label %101
90: ; preds = %86
%91 = load i32*, i32** %5
%92 = load i32, i32* %12
%93 = add nsw i32 %92, 1
store i32 %93, i32* %12
%94 = sext i32 %92 to i64
%95 = getelementptr inbounds i32, i32* %91, i64 %94
%96 = load i32, i32* %95
%97 = load i32, i32* %13
%98 = add nsw i32 %97, 1
store i32 %98, i32* %13
%99 = sext i32 %97 to i64
%100 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %99
store i32 %96, i32* %100
br label %86
101: ; preds = %86
%102 = load i32, i32* %13
%103 = add nsw i32 %102, -1
store i32 %103, i32* %13
br label %104
104: ; preds = %107, %101
%105 = load i32, i32* %13
%106 = icmp sge i32 %105, 0
br i1 %106, label %107, label %120
107: ; preds = %104
%108 = load i32, i32* %13
%109 = sext i32 %108 to i64
%110 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %109
%111 = load i32, i32* %110
%112 = load i32*, i32** %5
%113 = load i32, i32* %6
%114 = load i32, i32* %13
%115 = add nsw i32 %113, %114
%116 = sext i32 %115 to i64
%117 = getelementptr inbounds i32, i32* %112, i64 %116
store i32 %111, i32* %117
%118 = load i32, i32* %13
%119 = add nsw i32 %118, -1
store i32 %119, i32* %13
br label %104
120: ; preds = %104
%121 = load i8*, i8** %9
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @merge(i32* nocapture %0, i32 %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = sub i32 1, %1
%6 = add i32 %5, %3
%7 = zext i32 %6 to i64
%8 = alloca i32, i64 %7
%9 = bitcast i32* %8 to i8*
%10 = add i32 %2, 1
%11 = icmp sle i32 %1, %2
%12 = icmp slt i32 %2, %3
%13 = and i1 %11, %12
br i1 %13, label %34, label %16
14: ; preds = %34
%15 = trunc i64 %52 to i32
br label %16
16: ; preds = %14, %4
%17 = phi i32 [ %1, %4 ], [ %48, %14 ]
%18 = phi i32 [ %10, %4 ], [ %50, %14 ]
%19 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %15, %14 ]
%20 = icmp sgt i32 %17, %2
br i1 %20, label %56, label %21
21: ; preds = %16
%22 = zext i32 %19 to i64
%23 = getelementptr i32, i32* %8, i64 %22
%24 = bitcast i32* %23 to i8*
%25 = sext i32 %17 to i64
%26 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %25
%27 = bitcast i32* %26 to i8*
%28 = sub i32 %2, %17
%29 = zext i32 %28 to i64
%30 = shl nuw nsw i64 %29, 2
%31 = add nuw nsw i64 %30, 4
%32 = add i32 %19, %28
%33 = add i32 %32, 1
br label %56
34: ; preds = %4, %34
%35 = phi i64 [ %52, %34 ], [ 0, %4 ]
%36 = phi i32 [ %50, %34 ], [ %10, %4 ]
%37 = phi i32 [ %48, %34 ], [ %1, %4 ]
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %38
%40 = load i32, i32* %39
%41 = sext i32 %36 to i64
%42 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %41
%43 = load i32, i32* %42
%44 = icmp sgt i32 %40, %43
%45 = select i1 %44, i32 %43, i32 %40
%46 = xor i1 %44, true
%47 = zext i1 %46 to i32
%48 = add nsw i32 %37, %47
%49 = zext i1 %44 to i32
%50 = add nsw i32 %36, %49
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %35
store i32 %45, i32* %51
%52 = add nuw i64 %35, 1
%53 = icmp sle i32 %48, %2
%54 = icmp sle i32 %50, %3
%55 = select i1 %53, i1 %54, i1 false
br i1 %55, label %34, label %14
56: ; preds = %21, %16
%57 = phi i32 [ %19, %16 ], [ %33, %21 ]
%58 = icmp sgt i32 %18, %3
br i1 %58, label %72, label %59
59: ; preds = %56
%60 = zext i32 %57 to i64
%61 = getelementptr i32, i32* %8, i64 %60
%62 = bitcast i32* %61 to i8*
%63 = sext i32 %18 to i64
%64 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %63
%65 = bitcast i32* %64 to i8*
%66 = sub i32 %3, %18
%67 = zext i32 %66 to i64
%68 = shl nuw nsw i64 %67, 2
%69 = add nuw nsw i64 %68, 4
%70 = add i32 %57, %66
%71 = add i32 %70, 1
br label %72
72: ; preds = %59, %56
%73 = phi i32 [ %57, %56 ], [ %71, %59 ]
%74 = icmp sgt i32 %73, 0
br i1 %74, label %75, label %86
75: ; preds = %72
%76 = add i32 %73, %1
%77 = add i32 %76, -1
%78 = sext i32 %77 to i64
%79 = add nsw i32 %73, -1
%80 = zext i32 %79 to i64
%81 = sub nsw i64 %78, %80
%82 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %81
%83 = bitcast i32* %82 to i8*
%84 = zext i32 %73 to i64
%85 = shl nuw nsw i64 %84, 2
br label %86
86: ; preds = %75, %72
ret void
}