#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 */

/* Variables and functions */
int atoi(char *);
int /*<<< orphan*/ fprintf(int /*<<< orphan*/, char *, char *);
int /*<<< orphan*/ free(int *);
int /*<<< orphan*/ is_a_cycle(int *, size_t, int);
int next_digits_factorial_num(int);
int /*<<< orphan*/ printf(char *, int);
int /*<<< orphan*/ stderr;
int *x_malloc(int);
int *x_realloc(int *, size_t);
int main(int argc, char **argv) {
  if (argc != 2) {
    fprintf(stderr, "usage: %s <N>\n", argv[0]);
    return 1;
  }
  int N = atoi(argv[1]);
  if (N <= 1)
    return 1;
  int count = 0;
  int *past_values = x_malloc(sizeof(int));
  int *chain_lengths = x_malloc(N * sizeof(int));
  size_t allocated = 1;
  size_t used = 0;
  for (int i = 1; i < N; i++) {
    int value = i;
    used = 0;
    while (value >= i && !is_a_cycle(past_values, used, value)) {
      if (used >= allocated) {
        allocated *= 2;
        past_values = x_realloc(past_values, allocated * sizeof(int));
      }
      past_values[used++] = value;
      value = next_digits_factorial_num(value);
    }
    if (value < i)
      used += chain_lengths[value];
    chain_lengths[i] = used;
    if (used == 60)
      count++;
  }
  printf("%d\n", count);
  free(past_values);
  free(chain_lengths);
  return 0;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<main>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x50,%rsp
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
mov    %edi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
cmpl   $0x2,-0x8(%rbp)
je     11c8 <main+0x48>
mov    0x2e39(%rip),%rax
mov    (%rax),%edi
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    (%rax),%rdx
lea    0xe49(%rip),%rsi
call   1050 <fprintf@plt>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
jmp    135b <main+0x1db>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    0x8(%rax),%rdi
call   1080 <atoi@plt>
mov    %eax,-0x14(%rbp)
cmpl   $0x1,-0x14(%rbp)
jg     11ee <main+0x6e>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
jmp    135b <main+0x1db>
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
mov    $0x4,%edi
call   1070 <x_malloc@plt>
mov    %rax,-0x20(%rbp)
movslq -0x14(%rbp),%rax
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edi
call   1070 <x_malloc@plt>
mov    %rax,-0x28(%rbp)
movq   $0x1,-0x30(%rbp)
movq   $0x0,-0x38(%rbp)
movl   $0x1,-0x3c(%rbp)
mov    -0x3c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    1333 <main+0x1b3>
mov    -0x3c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x40(%rbp)
movq   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x40(%rbp),%ecx
xor    %eax,%eax
cmp    -0x3c(%rbp),%ecx
mov    %al,-0x41(%rbp)
jl     1273 <main+0xf3>
mov    -0x20(%rbp),%rdi
mov    -0x38(%rbp),%rsi
mov    -0x40(%rbp),%edx
call   10a0 <is_a_cycle@plt>
cmp    $0x0,%eax
setne  %al
xor    $0xff,%al
mov    %al,-0x41(%rbp)
mov    -0x41(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    1283 <main+0x103>
jmp    12db <main+0x15b>
mov    -0x38(%rbp),%rax
cmp    -0x30(%rbp),%rax
jb     12b2 <main+0x132>
mov    -0x30(%rbp),%rax
shl    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rdi
mov    -0x30(%rbp),%rsi
shl    $0x2,%rsi
call   1060 <x_realloc@plt>
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x40(%rbp),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    %rcx,%rsi
add    $0x1,%rsi
mov    %rsi,-0x38(%rbp)
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x40(%rbp),%edi
call   1090 <next_digits_factorial_num@plt>
mov    %eax,-0x40(%rbp)
jmp    1247 <main+0xc7>
mov    -0x40(%rbp),%eax
cmp    -0x3c(%rbp),%eax
jge    12fb <main+0x17b>
mov    -0x28(%rbp),%rax
movslq -0x40(%rbp),%rcx
movslq (%rax,%rcx,4),%rax
add    -0x38(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    %eax,%edx
mov    -0x28(%rbp),%rax
movslq -0x3c(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
cmpq   $0x3c,-0x38(%rbp)
jne    1320 <main+0x1a0>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1325 <main+0x1a5>
mov    -0x3c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
jmp    122d <main+0xad>
mov    -0x18(%rbp),%esi
lea    0xcd2(%rip),%rdi
call   1040 <printf@plt>
mov    -0x20(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
mov    -0x28(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x50,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<main>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x18,%rsp
cmp    $0x2,%edi
jne    1291 <main+0x111>
mov    0x8(%rsi),%rdi
call   1080 <atoi@plt>
mov    %eax,%ebx
mov    $0x1,%eax
cmp    $0x2,%ebx
jl     12ce <main+0x14e>
mov    $0x4,%edi
call   1070 <x_malloc@plt>
mov    %rax,%r12
lea    0x0(,%rbx,4),%edi
call   1070 <x_malloc@plt>
mov    %rax,%rbp
mov    %ebx,%eax
mov    %rax,0x8(%rsp)
xor    %esi,%esi
mov    $0x1,%r14d
mov    $0x1,%r13d
mov    %rbp,(%rsp)
jmp    1218 <main+0x98>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%rsp),%rbp
mov    %ebx,0x0(%rbp,%r14,4)
xor    %eax,%eax
cmp    $0x3c,%rbx
sete   %al
mov    0x10(%rsp),%rsi
add    %eax,%esi
add    $0x1,%r14
cmp    0x8(%rsp),%r14
je     12b0 <main+0x130>
mov    %rsi,0x10(%rsp)
mov    %r14d,%ebp
xor    %ebx,%ebx
jmp    1248 <main+0xc8>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    %ebp,(%r12,%rbx,4)
add    $0x1,%rbx
mov    %ebp,%edi
call   1090 <next_digits_factorial_num@plt>
mov    %eax,%ebp
cltq
cmp    %rax,%r14
jg     1280 <main+0x100>
mov    %r12,%rdi
mov    %rbx,%rsi
mov    %ebp,%edx
call   10a0 <is_a_cycle@plt>
test   %eax,%eax
jne    11f0 <main+0x70>
cmp    %r13,%rbx
jb     1230 <main+0xb0>
mov    %r13,%r15
add    %r13,%r15
shl    $0x3,%r13
mov    %r12,%rdi
mov    %r13,%rsi
call   1060 <x_realloc@plt>
mov    %rax,%r12
mov    %r15,%r13
jmp    1230 <main+0xb0>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%rsp),%rbp
movslq 0x0(%rbp,%rax,4),%rax
add    %rax,%rbx
jmp    11f4 <main+0x74>
mov    0x2d48(%rip),%rax
mov    (%rax),%edi
mov    (%rsi),%rdx
lea    0xd5c(%rip),%rsi
call   1050 <fprintf@plt>
mov    $0x1,%eax
jmp    12ce <main+0x14e>
lea    0xd58(%rip),%rdi
call   1040 <printf@plt>
mov    %r12,%rdi
call   1030 <free@plt>
mov    %rbp,%rdi
call   1030 <free@plt>
xor    %eax,%eax
add    $0x18,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
@stderr = global i32 0
@.str = [15 x i8] c"usage: %s <N>\0A\00"
@.str.1 = [4 x i8] c"%d\0A\00"
define i32 @main(i32 %0, i8** %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca i8**
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32*
%9 = alloca i32*
%10 = alloca i64
%11 = alloca i64
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
store i32 0, i32* %3
store i32 %0, i32* %4
store i8** %1, i8*** %5
%14 = load i32, i32* %4
%15 = icmp ne i32 %14, 2
br i1 %15, label %16, label %22
16: ; preds = %2
%17 = load i32, i32* @stderr
%18 = load i8**, i8*** %5
%19 = getelementptr inbounds i8*, i8** %18, i64 0
%20 = load i8*, i8** %19
%21 = call i32 @fprintf(i32 %17, i8* getelementptr inbounds ([15 x i8], [15 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i8* %20)
store i32 1, i32* %3
br label %111
22: ; preds = %2
%23 = load i8**, i8*** %5
%24 = getelementptr inbounds i8*, i8** %23, i64 1
%25 = load i8*, i8** %24
%26 = call i32 @atoi(i8* %25)
store i32 %26, i32* %6
%27 = load i32, i32* %6
%28 = icmp sle i32 %27, 1
br i1 %28, label %29, label %30
29: ; preds = %22
store i32 1, i32* %3
br label %111
30: ; preds = %22
store i32 0, i32* %7
%31 = call i32* @x_malloc(i32 4)
store i32* %31, i32** %8
%32 = load i32, i32* %6
%33 = sext i32 %32 to i64
%34 = mul i64 %33, 4
%35 = trunc i64 %34 to i32
%36 = call i32* @x_malloc(i32 %35)
store i32* %36, i32** %9
store i64 1, i64* %10
store i64 0, i64* %11
store i32 1, i32* %12
br label %37
37: ; preds = %101, %30
%38 = load i32, i32* %12
%39 = load i32, i32* %6
%40 = icmp slt i32 %38, %39
br i1 %40, label %41, label %104
41: ; preds = %37
%42 = load i32, i32* %12
store i32 %42, i32* %13
store i64 0, i64* %11
br label %43
43: ; preds = %67, %41
%44 = load i32, i32* %13
%45 = load i32, i32* %12
%46 = icmp sge i32 %44, %45
br i1 %46, label %47, label %54
47: ; preds = %43
%48 = load i32*, i32** %8
%49 = load i64, i64* %11
%50 = load i32, i32* %13
%51 = call i32 @is_a_cycle(i32* %48, i64 %49, i32 %50)
%52 = icmp ne i32 %51, 0
%53 = xor i1 %52, true
br label %54
54: ; preds = %47, %43
%55 = phi i1 [ false, %43 ], [ %53, %47 ]
br i1 %55, label %56, label %75
56: ; preds = %54
%57 = load i64, i64* %11
%58 = load i64, i64* %10
%59 = icmp uge i64 %57, %58
br i1 %59, label %60, label %67
60: ; preds = %56
%61 = load i64, i64* %10
%62 = mul i64 %61, 2
store i64 %62, i64* %10
%63 = load i32*, i32** %8
%64 = load i64, i64* %10
%65 = mul i64 %64, 4
%66 = call i32* @x_realloc(i32* %63, i64 %65)
store i32* %66, i32** %8
br label %67
67: ; preds = %60, %56
%68 = load i32, i32* %13
%69 = load i32*, i32** %8
%70 = load i64, i64* %11
%71 = add i64 %70, 1
store i64 %71, i64* %11
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %69, i64 %70
store i32 %68, i32* %72
%73 = load i32, i32* %13
%74 = call i32 @next_digits_factorial_num(i32 %73)
store i32 %74, i32* %13
br label %43
75: ; preds = %54
%76 = load i32, i32* %13
%77 = load i32, i32* %12
%78 = icmp slt i32 %76, %77
br i1 %78, label %79, label %88
79: ; preds = %75
%80 = load i32*, i32** %9
%81 = load i32, i32* %13
%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 = load i64, i64* %11
%87 = add i64 %86, %85
store i64 %87, i64* %11
br label %88
88: ; preds = %79, %75
%89 = load i64, i64* %11
%90 = trunc i64 %89 to i32
%91 = load i32*, i32** %9
%92 = load i32, i32* %12
%93 = sext i32 %92 to i64
%94 = getelementptr inbounds i32, i32* %91, i64 %93
store i32 %90, i32* %94
%95 = load i64, i64* %11
%96 = icmp eq i64 %95, 60
br i1 %96, label %97, label %100
97: ; preds = %88
%98 = load i32, i32* %7
%99 = add nsw i32 %98, 1
store i32 %99, i32* %7
br label %100
100: ; preds = %97, %88
br label %101
101: ; preds = %100
%102 = load i32, i32* %12
%103 = add nsw i32 %102, 1
store i32 %103, i32* %12
br label %37
104: ; preds = %37
%105 = load i32, i32* %7
%106 = call i32 @printf(i8* getelementptr inbounds ([4 x i8], [4 x i8]* @.str.1, i64 0, i64 0), i32 %105)
%107 = load i32*, i32** %8
%108 = call i32 @free(i32* %107)
%109 = load i32*, i32** %9
%110 = call i32 @free(i32* %109)
store i32 0, i32* %3
br label %111
111: ; preds = %104, %29, %16
%112 = load i32, i32* %3
ret i32 %112
}

LLVM IR (-O2):
@stderr = global i32 0
@.str = [15 x i8] c"usage: %s <N>\0A\00"
@.str.1 = [4 x i8] c"%d\0A\00"
define i32 @main(i32 %0, i8** nocapture %1) {
%3 = icmp eq i32 %0, 2
br i1 %3, label %8, label %4
4: ; preds = %2
%5 = load i32, i32* @stderr
%6 = load i8*, i8** %1
%7 = tail call i32 @fprintf(i32 %5, i8* getelementptr inbounds ([15 x i8], [15 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i8* %6)
br label %65
8: ; preds = %2
%9 = getelementptr inbounds i8*, i8** %1, i64 1
%10 = load i8*, i8** %9
%11 = tail call i32 @atoi(i8* %10)
%12 = icmp slt i32 %11, 2
br i1 %12, label %65, label %13
13: ; preds = %8
%14 = tail call i32* @x_malloc(i32 4)
%15 = shl i32 %11, 2
%16 = tail call i32* @x_malloc(i32 %15)
%17 = zext i32 %11 to i64
br label %18
18: ; preds = %13, %54
%19 = phi i64 [ 1, %13 ], [ %63, %54 ]
%20 = phi i64 [ 1, %13 ], [ %56, %54 ]
%21 = phi i32* [ %14, %13 ], [ %55, %54 ]
%22 = phi i32 [ 0, %13 ], [ %62, %54 ]
%23 = trunc i64 %19 to i32
br label %28
24: ; preds = %54
%25 = tail call i32 @printf(i8* getelementptr inbounds ([4 x i8], [4 x i8]* @.str.1, i64 0, i64 0), i32 %62)
%26 = tail call i32 @free(i32* %55)
%27 = tail call i32 @free(i32* %16)
br label %65
28: ; preds = %18, %41
%29 = phi i32 [ %23, %18 ], [ %46, %41 ]
%30 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %44, %41 ]
%31 = phi i64 [ %20, %18 ], [ %43, %41 ]
%32 = phi i32* [ %21, %18 ], [ %42, %41 ]
%33 = tail call i32 @is_a_cycle(i32* %32, i64 %30, i32 %29)
%34 = icmp eq i32 %33, 0
br i1 %34, label %35, label %54
35: ; preds = %28
%36 = icmp ult i64 %30, %31
br i1 %36, label %41, label %37
37: ; preds = %35
%38 = shl i64 %31, 1
%39 = shl i64 %31, 3
%40 = tail call i32* @x_realloc(i32* %32, i64 %39)
br label %41
41: ; preds = %37, %35
%42 = phi i32* [ %40, %37 ], [ %32, %35 ]
%43 = phi i64 [ %38, %37 ], [ %31, %35 ]
%44 = add i64 %30, 1
%45 = getelementptr inbounds i32, i32* %42, i64 %30
store i32 %29, i32* %45
%46 = tail call i32 @next_digits_factorial_num(i32 %29)
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = icmp sgt i64 %19, %47
br i1 %48, label %49, label %28
49: ; preds = %41
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %47
%51 = load i32, i32* %50
%52 = sext i32 %51 to i64
%53 = add i64 %44, %52
br label %54
54: ; preds = %28, %49
%55 = phi i32* [ %42, %49 ], [ %32, %28 ]
%56 = phi i64 [ %43, %49 ], [ %31, %28 ]
%57 = phi i64 [ %53, %49 ], [ %30, %28 ]
%58 = trunc i64 %57 to i32
%59 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %19
store i32 %58, i32* %59
%60 = icmp eq i64 %57, 60
%61 = zext i1 %60 to i32
%62 = add nuw nsw i32 %22, %61
%63 = add nuw nsw i64 %19, 1
%64 = icmp eq i64 %63, %17
br i1 %64, label %24, label %18
65: ; preds = %24, %8, %4
%66 = phi i32 [ 1, %4 ], [ 0, %24 ], [ 1, %8 ]
ret i32 %66
}