#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 uint64_t;

/* Variables and functions */
uint64_t collatz_length(uint64_t n, uint64_t *memo) {
  uint64_t next = n % 2 ? 3 * n + 1 : n / 2;
  if (n <= 1000000) {
    if (!memo[n])
      memo[n] = 1 + collatz_length(next, memo);
    return memo[n];
  } else
    return 1 + collatz_length(next, memo);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<collatz_length>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x20,%rsp
mov    %edi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
cmp    $0x0,%edx
je     1142 <collatz_length+0x32>
imul   $0x3,-0x8(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1150 <collatz_length+0x40>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
cmpl   $0xf4240,-0x8(%rbp)
jg     11a4 <collatz_length+0x94>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x8(%rbp),%rcx
cmpl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
jne    1191 <collatz_length+0x81>
mov    -0x14(%rbp),%edi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
call   1030 <collatz_length@plt>
mov    %eax,%edx
add    $0x1,%edx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x8(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x8(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    11b6 <collatz_length+0xa6>
mov    -0x14(%rbp),%edi
mov    -0x10(%rbp),%rsi
call   1030 <collatz_length@plt>
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x20,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<collatz_length>:
push   %rbp
push   %r14
push   %rbx
mov    %rsi,%r14
mov    $0xffffffff,%ebp
jmp    1133 <collatz_length+0x23>
xchg   %ax,%ax
mov    %eax,%edi
shr    $0x1f,%edi
add    %eax,%edi
sar    %edi
add    $0x1,%ebp
cmp    $0xf4240,%eax
jle    1141 <collatz_length+0x31>
mov    %edi,%eax
test   $0x1,%al
je     1120 <collatz_length+0x10>
lea    (%rax,%rax,2),%edi
add    $0x1,%edi
jmp    1129 <collatz_length+0x19>
movslq %eax,%rbx
mov    (%r14,%rbx,4),%eax
test   %eax,%eax
jne    115b <collatz_length+0x4b>
mov    %r14,%rsi
call   1030 <collatz_length@plt>
add    $0x1,%eax
mov    %eax,(%r14,%rbx,4)
add    %ebp,%eax
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @collatz_length(i32 %0, i32* %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32
store i32 %0, i32* %4
store i32* %1, i32** %5
%7 = load i32, i32* %4
%8 = srem i32 %7, 2
%9 = icmp ne i32 %8, 0
br i1 %9, label %10, label %14
10: ; preds = %2
%11 = load i32, i32* %4
%12 = mul nsw i32 3, %11
%13 = add nsw i32 %12, 1
br label %17
14: ; preds = %2
%15 = load i32, i32* %4
%16 = sdiv i32 %15, 2
br label %17
17: ; preds = %14, %10
%18 = phi i32 [ %13, %10 ], [ %16, %14 ]
store i32 %18, i32* %6
%19 = load i32, i32* %4
%20 = icmp sle i32 %19, 1000000
br i1 %20, label %21, label %43
21: ; preds = %17
%22 = load i32*, i32** %5
%23 = load i32, i32* %4
%24 = sext i32 %23 to i64
%25 = getelementptr inbounds i32, i32* %22, i64 %24
%26 = load i32, i32* %25
%27 = icmp ne i32 %26, 0
br i1 %27, label %37, label %28
28: ; preds = %21
%29 = load i32, i32* %6
%30 = load i32*, i32** %5
%31 = call i32 @collatz_length(i32 %29, i32* %30)
%32 = add nsw i32 1, %31
%33 = load i32*, i32** %5
%34 = load i32, i32* %4
%35 = sext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %33, i64 %35
store i32 %32, i32* %36
br label %37
37: ; preds = %28, %21
%38 = load i32*, i32** %5
%39 = load i32, i32* %4
%40 = sext i32 %39 to i64
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %38, i64 %40
%42 = load i32, i32* %41
store i32 %42, i32* %3
br label %48
43: ; preds = %17
%44 = load i32, i32* %6
%45 = load i32*, i32** %5
%46 = call i32 @collatz_length(i32 %44, i32* %45)
%47 = add nsw i32 1, %46
store i32 %47, i32* %3
br label %48
48: ; preds = %43, %37
%49 = load i32, i32* %3
ret i32 %49
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @collatz_length(i32 %0, i32* %1) {
br label %3
3: ; preds = %13, %2
%4 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %16, %13 ]
%5 = phi i32 [ %0, %2 ], [ %14, %13 ]
%6 = and i32 %5, 1
%7 = icmp eq i32 %6, 0
br i1 %7, label %11, label %8
8: ; preds = %3
%9 = mul nsw i32 %5, 3
%10 = add nsw i32 %9, 1
br label %13
11: ; preds = %3
%12 = sdiv i32 %5, 2
br label %13
13: ; preds = %11, %8
%14 = phi i32 [ %10, %8 ], [ %12, %11 ]
%15 = icmp slt i32 %5, 1000001
%16 = add nuw nsw i32 %4, 1
br i1 %15, label %17, label %3
17: ; preds = %13
%18 = sext i32 %5 to i64
%19 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %18
%20 = load i32, i32* %19
%21 = icmp eq i32 %20, 0
br i1 %21, label %22, label %25
22: ; preds = %17
%23 = tail call i32 @collatz_length(i32 %14, i32* %1)
%24 = add nsw i32 %23, 1
store i32 %24, i32* %19
br label %25
25: ; preds = %22, %17
%26 = phi i32 [ %24, %22 ], [ %20, %17 ]
%27 = add nsw i32 %26, %4
ret i32 %27
}