#define NULL ((void *)0)
typedef unsigned long size_t; // Customize by platform.
typedef long intptr_t;
typedef unsigned long uintptr_t;
typedef long scalar_t__; // Either arithmetic or pointer type.
/* By default, we understand bool (as a convenience). */
typedef int bool;
#define false 0
#define true 1

/* Forward declarations */

/* Type definitions */
typedef int /*<<< orphan*/ count;

/* Variables and functions */
int /*<<< orphan*/ memset(int *, int /*<<< orphan*/, int);
void counting_sort(int arr[], int n, int max) {
  int i;
  int count[max + 1];
  memset(count, 0, sizeof(count));
  int temp[n];
  for (i = 0; i < n; ++i)
    count[arr[i]]++;
  for (i = 1; i <= max; ++i)
    count[i] += count[i - 1];
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    temp[count[arr[i]] - 1] = arr[i];
    count[arr[i]]--;
  }
  for (i = 0; i < n; ++i)
    arr[i] = temp[i];
}


x86 assembly (clang, -O0):
<counting_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,%ecx
mov    %rsp,%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
lea    0xf(,%rcx,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
mov    %rsp,%rdi
sub    %rax,%rdi
mov    %rdi,-0x40(%rbp)
mov    %rdi,%rsp
mov    %rcx,%rax
shl    $0x2,%rax
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
mov    %eax,%edx
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
mov    -0xc(%rbp),%eax
lea    0xf(,%rax,4),%rdx
and    $0xfffffffffffffff0,%rdx
mov    %rsp,%rcx
sub    %rdx,%rcx
mov    %rcx,-0x38(%rbp)
mov    %rcx,%rsp
mov    %rax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11b8 <counting_sort+0xa8>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x14(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1185 <counting_sort+0x75>
movl   $0x1,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jg     11f3 <counting_sort+0xe3>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
movslq -0x14(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    11bf <counting_sort+0xaf>
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    1254 <counting_sort+0x144>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    -0x8(%rbp),%rdx
movslq -0x14(%rbp),%rsi
mov    (%rdx,%rsi,4),%esi
mov    -0x8(%rbp),%rdx
movslq -0x14(%rbp),%rdi
movslq (%rdx,%rdi,4),%rdx
mov    (%rax,%rdx,4),%edx
sub    $0x1,%edx
movslq %edx,%rdx
mov    %esi,(%rcx,%rdx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x14(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0xffffffff,%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    11fa <counting_sort+0xea>
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    128b <counting_sort+0x17b>
mov    -0x38(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    125b <counting_sort+0x14b>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,%rsp
mov    %rbp,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<counting_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %edx,%r12d
mov    %esi,%r14d
mov    %rdi,%r15
lea    0x1(%r12),%r13d
mov    %rsp,%rbx
lea    0xf(,%r13,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
sub    %rax,%rbx
mov    %rbx,%rsp
lea    0x4(,%r12,4),%edx
mov    %rbx,%rdi
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
mov    %r14d,%edx
mov    %rsp,%rsi
lea    0xf(,%rdx,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
sub    %rax,%rsi
mov    %rsi,%rsp
test   %r14d,%r14d
jle    11f1 <counting_sort+0xd1>
lea    -0x1(%rdx),%rcx
mov    %edx,%r8d
and    $0x3,%r8d
cmp    $0x3,%rcx
jae    1195 <counting_sort+0x75>
xor    %ecx,%ecx
jmp    11cc <counting_sort+0xac>
mov    %edx,%edi
and    $0xfffffffc,%edi
xor    %ecx,%ecx
nopl   0x0(%rax)
movslq (%r15,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq 0x4(%r15,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq 0x8(%r15,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
movslq 0xc(%r15,%rcx,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
add    $0x4,%rcx
cmp    %rcx,%rdi
jne    11a0 <counting_sort+0x80>
test   %r8,%r8
je     11f1 <counting_sort+0xd1>
lea    (%r15,%rcx,4),%rcx
xor    %edi,%edi
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rcx,%rdi,4),%rax
addl   $0x1,(%rbx,%rax,4)
add    $0x1,%rdi
cmp    %rdi,%r8
jne    11e0 <counting_sort+0xc0>
test   %r12d,%r12d
jle    126f <counting_sort+0x14f>
mov    (%rbx),%eax
lea    -0x1(%r13),%rcx
add    $0xfffffffffffffffe,%r13
mov    %ecx,%r8d
and    $0x3,%r8d
mov    $0x1,%edi
cmp    $0x3,%r13
jb     124d <counting_sort+0x12d>
and    $0xfffffffffffffffc,%rcx
xor    %edi,%edi
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    0x4(%rbx,%rdi,4),%eax
mov    %eax,0x4(%rbx,%rdi,4)
add    0x8(%rbx,%rdi,4),%eax
mov    %eax,0x8(%rbx,%rdi,4)
add    0xc(%rbx,%rdi,4),%eax
mov    %eax,0xc(%rbx,%rdi,4)
add    0x10(%rbx,%rdi,4),%eax
mov    %eax,0x10(%rbx,%rdi,4)
add    $0x4,%rdi
cmp    %rdi,%rcx
jne    1220 <counting_sort+0x100>
add    $0x1,%rdi
test   %r8,%r8
je     126f <counting_sort+0x14f>
lea    (%rbx,%rdi,4),%rcx
xor    %edi,%edi
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    (%rcx,%rdi,4),%eax
mov    %eax,(%rcx,%rdi,4)
add    $0x1,%rdi
cmp    %rdi,%r8
jne    1260 <counting_sort+0x140>
test   %r14d,%r14d
jle    12e9 <counting_sort+0x1c9>
cmp    $0x1,%r14d
jne    127e <counting_sort+0x15e>
xor    %eax,%eax
jmp    12c0 <counting_sort+0x1a0>
mov    %edx,%r8d
and    $0xfffffffe,%r8d
xor    %eax,%eax
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%r15,%rax,4),%rdi
movslq (%rbx,%rdi,4),%rcx
mov    %edi,-0x4(%rsi,%rcx,4)
add    $0xffffffffffffffff,%rcx
mov    %ecx,(%rbx,%rdi,4)
movslq 0x4(%r15,%rax,4),%rcx
movslq (%rbx,%rcx,4),%rdi
mov    %ecx,-0x4(%rsi,%rdi,4)
add    $0xffffffffffffffff,%rdi
mov    %edi,(%rbx,%rcx,4)
add    $0x2,%rax
cmp    %rax,%r8
jne    1290 <counting_sort+0x170>
test   $0x1,%dl
je     12d8 <counting_sort+0x1b8>
movslq (%r15,%rax,4),%rax
movslq (%rbx,%rax,4),%rcx
mov    %eax,-0x4(%rsi,%rcx,4)
add    $0xffffffffffffffff,%rcx
mov    %ecx,(%rbx,%rax,4)
test   %r14d,%r14d
jle    12e9 <counting_sort+0x1c9>
shl    $0x2,%rdx
mov    %r15,%rdi
call   1040 <memcpy@plt>
lea    -0x28(%rbp),%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @counting_sort(i32* nocapture %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = bitcast i32* %0 to i8*
%5 = add i32 %2, 1
%6 = zext i32 %5 to i64
%7 = alloca i32, i64 %6
%8 = shl i32 %5, 2
%9 = call i32 @memset(i32* %7, i32 0, i32 %8)
%10 = zext i32 %1 to i64
%11 = alloca i32, i64 %10
%12 = bitcast i32* %11 to i8*
%13 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %13, label %14, label %35
14: ; preds = %3
%15 = add nsw i64 %10, -1
%16 = and i64 %10, 3
%17 = icmp ult i64 %15, 3
br i1 %17, label %20, label %18
18: ; preds = %14
%19 = and i64 %10, 4294967292
br label %45
20: ; preds = %45, %14
%21 = phi i64 [ 0, %14 ], [ %75, %45 ]
%22 = icmp eq i64 %16, 0
br i1 %22, label %35, label %23
23: ; preds = %20, %23
%24 = phi i64 [ %32, %23 ], [ %21, %20 ]
%25 = phi i64 [ %33, %23 ], [ 0, %20 ]
%26 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %24
%27 = load i32, i32* %26
%28 = sext i32 %27 to i64
%29 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %28
%30 = load i32, i32* %29
%31 = add nsw i32 %30, 1
store i32 %31, i32* %29
%32 = add nuw nsw i64 %24, 1
%33 = add i64 %25, 1
%34 = icmp eq i64 %33, %16
br i1 %34, label %35, label %23
35: ; preds = %20, %23, %3
%36 = icmp slt i32 %2, 1
br i1 %36, label %92, label %37
37: ; preds = %35
%38 = load i32, i32* %7
%39 = add nsw i64 %6, -1
%40 = add nsw i64 %6, -2
%41 = and i64 %39, 3
%42 = icmp ult i64 %40, 3
br i1 %42, label %78, label %43
43: ; preds = %37
%44 = and i64 %39, -4
br label %98
45: ; preds = %45, %18
%46 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %75, %45 ]
%47 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %76, %45 ]
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %46
%49 = load i32, i32* %48
%50 = sext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %50
%52 = load i32, i32* %51
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %51
%54 = or i64 %46, 1
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %57
%59 = load i32, i32* %58
%60 = add nsw i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %58
%61 = or i64 %46, 2
%62 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %61
%63 = load i32, i32* %62
%64 = sext i32 %63 to i64
%65 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %64
%66 = load i32, i32* %65
%67 = add nsw i32 %66, 1
store i32 %67, i32* %65
%68 = or i64 %46, 3
%69 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %68
%70 = load i32, i32* %69
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %71
%73 = load i32, i32* %72
%74 = add nsw i32 %73, 1
store i32 %74, i32* %72
%75 = add nuw nsw i64 %46, 4
%76 = add i64 %47, 4
%77 = icmp eq i64 %76, %19
br i1 %77, label %20, label %45
78: ; preds = %98, %37
%79 = phi i32 [ %38, %37 ], [ %116, %98 ]
%80 = phi i64 [ 1, %37 ], [ %117, %98 ]
%81 = icmp eq i64 %41, 0
br i1 %81, label %92, label %82
82: ; preds = %78, %82
%83 = phi i32 [ %88, %82 ], [ %79, %78 ]
%84 = phi i64 [ %89, %82 ], [ %80, %78 ]
%85 = phi i64 [ %90, %82 ], [ 0, %78 ]
%86 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %84
%87 = load i32, i32* %86
%88 = add nsw i32 %87, %83
store i32 %88, i32* %86
%89 = add nuw nsw i64 %84, 1
%90 = add i64 %85, 1
%91 = icmp eq i64 %90, %41
br i1 %91, label %92, label %82
92: ; preds = %78, %82, %35
br i1 %13, label %93, label %158
93: ; preds = %92
%94 = and i64 %10, 1
%95 = icmp eq i32 %1, 1
br i1 %95, label %120, label %96
96: ; preds = %93
%97 = and i64 %10, 4294967294
br label %135
98: ; preds = %98, %43
%99 = phi i32 [ %38, %43 ], [ %116, %98 ]
%100 = phi i64 [ 1, %43 ], [ %117, %98 ]
%101 = phi i64 [ 0, %43 ], [ %118, %98 ]
%102 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %100
%103 = load i32, i32* %102
%104 = add nsw i32 %103, %99
store i32 %104, i32* %102
%105 = add nuw nsw i64 %100, 1
%106 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %105
%107 = load i32, i32* %106
%108 = add nsw i32 %107, %104
store i32 %108, i32* %106
%109 = add nuw nsw i64 %100, 2
%110 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %109
%111 = load i32, i32* %110
%112 = add nsw i32 %111, %108
store i32 %112, i32* %110
%113 = add nuw nsw i64 %100, 3
%114 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %113
%115 = load i32, i32* %114
%116 = add nsw i32 %115, %112
store i32 %116, i32* %114
%117 = add nuw nsw i64 %100, 4
%118 = add i64 %101, 4
%119 = icmp eq i64 %118, %44
br i1 %119, label %78, label %98
120: ; preds = %135, %93
%121 = phi i64 [ 0, %93 ], [ %155, %135 ]
%122 = icmp eq i64 %94, 0
br i1 %122, label %132, label %123
123: ; preds = %120
%124 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %121
%125 = load i32, i32* %124
%126 = sext i32 %125 to i64
%127 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %126
%128 = load i32, i32* %127
%129 = add nsw i32 %128, -1
%130 = sext i32 %129 to i64
%131 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 %130
store i32 %125, i32* %131
store i32 %129, i32* %127
br label %132
132: ; preds = %120, %123
br i1 %13, label %133, label %158
133: ; preds = %132
%134 = shl nuw nsw i64 %10, 2
br label %158
135: ; preds = %135, %96
%136 = phi i64 [ 0, %96 ], [ %155, %135 ]
%137 = phi i64 [ 0, %96 ], [ %156, %135 ]
%138 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %136
%139 = load i32, i32* %138
%140 = sext i32 %139 to i64
%141 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %140
%142 = load i32, i32* %141
%143 = add nsw i32 %142, -1
%144 = sext i32 %143 to i64
%145 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 %144
store i32 %139, i32* %145
store i32 %143, i32* %141
%146 = or i64 %136, 1
%147 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %146
%148 = load i32, i32* %147
%149 = sext i32 %148 to i64
%150 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %149
%151 = load i32, i32* %150
%152 = add nsw i32 %151, -1
%153 = sext i32 %152 to i64
%154 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 %153
store i32 %148, i32* %154
store i32 %152, i32* %150
%155 = add nuw nsw i64 %136, 2
%156 = add i64 %137, 2
%157 = icmp eq i64 %156, %97
br i1 %157, label %120, label %135
158: ; preds = %92, %133, %132
ret void
}