int partition(unsigned long *arr, int lo, int hi) {
  int i, j;
  unsigned long pivot, temp;
  i = lo + 1;
  j = hi;
  pivot = arr[lo];
  while (i < j) {
    while (arr[i] <= pivot) {
      i++;
    }
    while (arr[j] > pivot) {
      j--;
    }
    if (i < j) {
      temp = arr[i];
      arr[i] = arr[j];
      arr[j] = temp;
    }
  }
  arr[lo] = arr[j];
  arr[j] = pivot;
  if (j == 0) {
    j++;
  }
  if (j == hi) {
    j--;
  }
  return j;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<partition>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    11d4 <partition+0xd4>
jmp    113e <partition+0x3e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
ja     1162 <partition+0x62>
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    113e <partition+0x3e>
jmp    1167 <partition+0x67>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
jbe    118b <partition+0x8b>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1167 <partition+0x67>
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    11cf <partition+0xcf>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x28(%rbp),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
jmp    112d <partition+0x2d>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x20(%rbp),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
cmpl   $0x0,-0x18(%rbp)
jne    120f <partition+0x10f>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jne    1224 <partition+0x124>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<partition>:
push   %rbp
push   %rbx
movslq %esi,%r8
add    $0x1,%esi
mov    (%rdi,%r8,8),%r10
mov    %edx,%ebp
cmp    %edx,%esi
jge    116d <partition+0x6d>
lea    0x8(%rdi),%r9
mov    %edx,%ebp
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movslq %esi,%rsi
lea    (%rdi,%rsi,8),%rcx
add    $0xffffffff,%esi
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%rcx),%r11
add    $0x8,%rcx
add    $0x1,%esi
cmp    %r10,%r11
jbe    1130 <partition+0x30>
movslq %ebp,%rax
lea    0x1(%rax),%ebp
lea    (%r9,%rax,8),%rbx
nopl   0x0(%rax)
mov    -0x8(%rbx),%rax
add    $0xfffffffffffffff8,%rbx
add    $0xffffffff,%ebp
cmp    %r10,%rax
ja     1150 <partition+0x50>
cmp    %ebp,%esi
jge    116d <partition+0x6d>
mov    %rax,-0x8(%rcx)
mov    %r11,(%rbx)
jmp    1120 <partition+0x20>
movslq %ebp,%rcx
mov    (%rdi,%rcx,8),%rax
mov    %rax,(%rdi,%r8,8)
mov    %r10,(%rdi,%rcx,8)
test   %ecx,%ecx
mov    $0x1,%eax
cmovne %ecx,%eax
xor    %ecx,%ecx
cmp    %edx,%eax
sete   %cl
sub    %ecx,%eax
pop    %rbx
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define i32 @partition(i64* nocapture %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = add nsw i32 %1, 1
%5 = sext i32 %1 to i64
%6 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %5
%7 = load i64, i64* %6
%8 = icmp slt i32 %4, %2
br i1 %8, label %9, label %36
9: ; preds = %3, %32
%10 = phi i32 [ %21, %32 ], [ %4, %3 ]
%11 = phi i32 [ %30, %32 ], [ %2, %3 ]
%12 = sext i32 %10 to i64
br label %13
13: ; preds = %13, %9
%14 = phi i64 [ %18, %13 ], [ %12, %9 ]
%15 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %14
%16 = load i64, i64* %15
%17 = icmp ugt i64 %16, %7
%18 = add i64 %14, 1
br i1 %17, label %19, label %13
19: ; preds = %13
%20 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %14
%21 = trunc i64 %14 to i32
%22 = sext i32 %11 to i64
br label %23
23: ; preds = %23, %19
%24 = phi i64 [ %28, %23 ], [ %22, %19 ]
%25 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %24
%26 = load i64, i64* %25
%27 = icmp ugt i64 %26, %7
%28 = add i64 %24, -1
br i1 %27, label %23, label %29
29: ; preds = %23
%30 = trunc i64 %24 to i32
%31 = icmp slt i32 %21, %30
br i1 %31, label %32, label %34
32: ; preds = %29
%33 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %24
store i64 %26, i64* %20
store i64 %16, i64* %33
br label %9
34: ; preds = %29
%35 = trunc i64 %24 to i32
br label %36
36: ; preds = %34, %3
%37 = phi i32 [ %2, %3 ], [ %35, %34 ]
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %38
%40 = load i64, i64* %39
store i64 %40, i64* %6
store i64 %7, i64* %39
%41 = icmp eq i32 %37, 0
%42 = select i1 %41, i32 1, i32 %37
%43 = icmp eq i32 %42, %2
%44 = sext i1 %43 to i32
%45 = add nsw i32 %42, %44
ret i32 %45
}