#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 *malloc(int);
unsigned long long merge(int *a, int start, int middle, int end) {
  unsigned long long total_swaps = 0, swaps = 0;
  int left, right, t, n = ((end - start) + 1);
  int *temp = malloc(sizeof(int) * n);
  for (left = start, right = middle + 1, t = 0; t < n; t++) {
    if (left == middle + 1) {
      temp[t] = a[right++];
    } else if (right == end + 1) {
      temp[t] = a[left++];
      total_swaps += swaps;
    } else if (a[right] < a[left]) {
      temp[t] = a[right++];
      swaps++;
    } else {
      temp[t] = a[left++];
      total_swaps += swaps;
    }
  }
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    a[start + i] = temp[i];
  }
  return total_swaps;
}


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)
movq   $0x0,-0x20(%rbp)
movq   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
sub    -0xc(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
movslq -0x38(%rbp),%rax
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edi
call   1030 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x40(%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    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x38(%rbp),%eax
jge    1284 <merge+0x174>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
mov    -0x10(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jne    11ac <merge+0x9c>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x30(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1271 <merge+0x161>
mov    -0x30(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jne    11ee <merge+0xde>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x2c(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%rax
add    -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
jmp    126c <merge+0x15c>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x30(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
jge    123b <merge+0x12b>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x30(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x30(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
jmp    1267 <merge+0x157>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x2c(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%rax
add    -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
jmp    126c <merge+0x15c>
jmp    1271 <merge+0x161>
jmp    1276 <merge+0x166>
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    116a <merge+0x5a>
movl   $0x0,-0x44(%rbp)
mov    -0x44(%rbp),%eax
cmp    -0x38(%rbp),%eax
jge    12c0 <merge+0x1b0>
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x44(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
add    -0x44(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x44(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
jmp    128b <merge+0x17b>
mov    -0x20(%rbp),%rax
add    $0x50,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %ecx,%r13d
mov    %edx,%r15d
mov    %esi,%ebp
mov    %rdi,%r12
mov    %ecx,%ebx
sub    %esi,%ebx
lea    0x4(,%rbx,4),%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rbx,%rdx
test   %edx,%edx
js     1202 <merge+0xe2>
add    $0x1,%r15d
add    $0x1,%r13d
mov    %r13d,%r9d
sub    %ebp,%r9d
xor    %ebx,%ebx
xor    %r14d,%r14d
xor    %r8d,%r8d
mov    %ebp,%r10d
mov    %r15d,%ebp
mov    %r10d,%edi
jmp    1199 <merge+0x79>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax)
movslq %ebp,%rcx
add    $0x1,%ebp
mov    (%r12,%rcx,4),%ecx
mov    %ecx,(%rax,%rbx,4)
mov    %r15d,%edi
add    $0x1,%rbx
cmp    %rbx,%r9
je     11e6 <merge+0xc6>
cmp    %r15d,%edi
je     1180 <merge+0x60>
movslq %edi,%rsi
cmp    %r13d,%ebp
jne    11c0 <merge+0xa0>
add    $0x1,%edi
mov    (%r12,%rsi,4),%ecx
mov    %ecx,(%rax,%rbx,4)
add    %r8,%r14
mov    %r13d,%ebp
jmp    1190 <merge+0x70>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movslq %ebp,%rcx
mov    (%r12,%rcx,4),%ecx
mov    (%r12,%rsi,4),%esi
cmp    %esi,%ecx
jge    11db <merge+0xbb>
add    $0x1,%ebp
mov    %ecx,(%rax,%rbx,4)
add    $0x1,%r8
jmp    1190 <merge+0x70>
add    $0x1,%edi
mov    %esi,(%rax,%rbx,4)
add    %r8,%r14
jmp    1190 <merge+0x70>
test   %edx,%edx
js     1205 <merge+0xe5>
movslq %r10d,%rcx
lea    (%r12,%rcx,4),%rdi
add    $0x1,%edx
shl    $0x2,%rdx
mov    %rax,%rsi
call   1030 <memcpy@plt>
jmp    1205 <merge+0xe5>
xor    %r14d,%r14d
mov    %r14,%rax
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @merge(i32* %0, i32 %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i64
%10 = alloca i64
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
%14 = alloca i32
%15 = alloca i32*
%16 = alloca i32
store i32* %0, i32** %5
store i32 %1, i32* %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
store i64 0, i64* %9
store i64 0, i64* %10
%17 = load i32, i32* %8
%18 = load i32, i32* %6
%19 = sub nsw i32 %17, %18
%20 = add nsw i32 %19, 1
store i32 %20, i32* %14
%21 = load i32, i32* %14
%22 = sext i32 %21 to i64
%23 = mul i64 4, %22
%24 = trunc i64 %23 to i32
%25 = call i32* @malloc(i32 %24)
store i32* %25, i32** %15
%26 = load i32, i32* %6
store i32 %26, i32* %11
%27 = load i32, i32* %7
%28 = add nsw i32 %27, 1
store i32 %28, i32* %12
store i32 0, i32* %13
br label %29
29: ; preds = %110, %4
%30 = load i32, i32* %13
%31 = load i32, i32* %14
%32 = icmp slt i32 %30, %31
br i1 %32, label %33, label %113
33: ; preds = %29
%34 = load i32, i32* %11
%35 = load i32, i32* %7
%36 = add nsw i32 %35, 1
%37 = icmp eq i32 %34, %36
br i1 %37, label %38, label %49
38: ; preds = %33
%39 = load i32*, i32** %5
%40 = load i32, i32* %12
%41 = add nsw i32 %40, 1
store i32 %41, i32* %12
%42 = sext i32 %40 to i64
%43 = getelementptr inbounds i32, i32* %39, i64 %42
%44 = load i32, i32* %43
%45 = load i32*, i32** %15
%46 = load i32, i32* %13
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %45, i64 %47
store i32 %44, i32* %48
br label %109
49: ; preds = %33
%50 = load i32, i32* %12
%51 = load i32, i32* %8
%52 = add nsw i32 %51, 1
%53 = icmp eq i32 %50, %52
br i1 %53, label %54, label %68
54: ; preds = %49
%55 = load i32*, i32** %5
%56 = load i32, i32* %11
%57 = add nsw i32 %56, 1
store i32 %57, i32* %11
%58 = sext i32 %56 to i64
%59 = getelementptr inbounds i32, i32* %55, i64 %58
%60 = load i32, i32* %59
%61 = load i32*, i32** %15
%62 = load i32, i32* %13
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %61, i64 %63
store i32 %60, i32* %64
%65 = load i64, i64* %10
%66 = load i64, i64* %9
%67 = add i64 %66, %65
store i64 %67, i64* %9
br label %108
68: ; preds = %49
%69 = load i32*, i32** %5
%70 = load i32, i32* %12
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %69, i64 %71
%73 = load i32, i32* %72
%74 = load i32*, i32** %5
%75 = load i32, i32* %11
%76 = sext i32 %75 to i64
%77 = getelementptr inbounds i32, i32* %74, i64 %76
%78 = load i32, i32* %77
%79 = icmp slt i32 %73, %78
br i1 %79, label %80, label %93
80: ; preds = %68
%81 = load i32*, i32** %5
%82 = load i32, i32* %12
%83 = add nsw i32 %82, 1
store i32 %83, i32* %12
%84 = sext i32 %82 to i64
%85 = getelementptr inbounds i32, i32* %81, i64 %84
%86 = load i32, i32* %85
%87 = load i32*, i32** %15
%88 = load i32, i32* %13
%89 = sext i32 %88 to i64
%90 = getelementptr inbounds i32, i32* %87, i64 %89
store i32 %86, i32* %90
%91 = load i64, i64* %10
%92 = add i64 %91, 1
store i64 %92, i64* %10
br label %107
93: ; preds = %68
%94 = load i32*, i32** %5
%95 = load i32, i32* %11
%96 = add nsw i32 %95, 1
store i32 %96, i32* %11
%97 = sext i32 %95 to i64
%98 = getelementptr inbounds i32, i32* %94, i64 %97
%99 = load i32, i32* %98
%100 = load i32*, i32** %15
%101 = load i32, i32* %13
%102 = sext i32 %101 to i64
%103 = getelementptr inbounds i32, i32* %100, i64 %102
store i32 %99, i32* %103
%104 = load i64, i64* %10
%105 = load i64, i64* %9
%106 = add i64 %105, %104
store i64 %106, i64* %9
br label %107
107: ; preds = %93, %80
br label %108
108: ; preds = %107, %54
br label %109
109: ; preds = %108, %38
br label %110
110: ; preds = %109
%111 = load i32, i32* %13
%112 = add nsw i32 %111, 1
store i32 %112, i32* %13
br label %29
113: ; preds = %29
store i32 0, i32* %16
br label %114
114: ; preds = %130, %113
%115 = load i32, i32* %16
%116 = load i32, i32* %14
%117 = icmp slt i32 %115, %116
br i1 %117, label %118, label %133
118: ; preds = %114
%119 = load i32*, i32** %15
%120 = load i32, i32* %16
%121 = sext i32 %120 to i64
%122 = getelementptr inbounds i32, i32* %119, i64 %121
%123 = load i32, i32* %122
%124 = load i32*, i32** %5
%125 = load i32, i32* %6
%126 = load i32, i32* %16
%127 = add nsw i32 %125, %126
%128 = sext i32 %127 to i64
%129 = getelementptr inbounds i32, i32* %124, i64 %128
store i32 %123, i32* %129
br label %130
130: ; preds = %118
%131 = load i32, i32* %16
%132 = add nsw i32 %131, 1
store i32 %132, i32* %16
br label %114
133: ; preds = %114
%134 = load i64, i64* %9
ret i64 %134
}

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