int *merge_sort(int *up, int *down, unsigned int left, unsigned int right) {
  if (left == right) {
    down[left] = up[left];
    return down;
  }
  unsigned int middle = (unsigned int)((left + right) * 0.5f);
  int *l_buff = merge_sort(up, down, left, middle);
  int *r_buff = merge_sort(up, down, middle + 1, right);
  int *target = l_buff == up ? down : up;
  unsigned int l_cur = left, r_cur = middle + 1;
  for (unsigned int i = left; i <= right; i++) {
    if (l_cur <= middle && r_cur <= right) {
      if (l_buff[l_cur] < r_buff[r_cur]) {
        target[i] = l_buff[l_cur];
        l_cur++;
      } else {
        target[i] = r_buff[r_cur];
        r_cur++;
      }
    } else if (l_cur <= middle) {
      target[i] = l_buff[l_cur];
      l_cur++;
    } else {
      target[i] = r_buff[r_cur];
      r_cur++;
    }
  }
  return target;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x60,%rsp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %rsi,-0x18(%rbp)
mov    %edx,-0x1c(%rbp)
mov    %ecx,-0x20(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
jne    1153 <merge_sort+0x43>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
jmp    12d2 <merge_sort+0x1c2>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
cvtsi2ss %rax,%xmm0
movss  0xe98(%rip),%xmm1
mulss  %xmm1,%xmm0
cvttss2si %xmm0,%rax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rdi
mov    -0x18(%rbp),%rsi
mov    -0x1c(%rbp),%edx
mov    -0x24(%rbp),%ecx
call   1030 <merge_sort@plt>
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rdi
mov    -0x18(%rbp),%rsi
mov    -0x24(%rbp),%edx
add    $0x1,%edx
mov    -0x20(%rbp),%ecx
call   1030 <merge_sort@plt>
mov    %rax,-0x38(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rax
cmp    -0x10(%rbp),%rax
jne    11c0 <merge_sort+0xb0>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x58(%rbp)
jmp    11c8 <merge_sort+0xb8>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x58(%rbp)
mov    -0x58(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x40(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4c(%rbp)
mov    -0x4c(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
ja     12ca <merge_sort+0x1ba>
mov    -0x44(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
ja     1267 <merge_sort+0x157>
mov    -0x48(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
ja     1267 <merge_sort+0x157>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x44(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    -0x48(%rbp),%edx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
jge    1245 <merge_sort+0x135>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x44(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x4c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x44(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
jmp    1262 <merge_sort+0x152>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x48(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x4c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x48(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
jmp    12b7 <merge_sort+0x1a7>
mov    -0x44(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
ja     1295 <merge_sort+0x185>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x44(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x4c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x44(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
jmp    12b2 <merge_sort+0x1a2>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x48(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x4c(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x48(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
jmp    12b7 <merge_sort+0x1a7>
jmp    12bc <merge_sort+0x1ac>
mov    -0x4c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x4c(%rbp)
jmp    11e5 <merge_sort+0xd5>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x8(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
add    $0x60,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge_sort>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %edx,%ebx
mov    %rsi,%r14
cmp    %ecx,%edx
jne    112f <merge_sort+0x1f>
mov    %ebx,%eax
mov    (%rdi,%rax,4),%ecx
mov    %ecx,(%r14,%rax,4)
jmp    1182 <merge_sort+0x72>
mov    %ecx,%r15d
lea    (%r15,%rbx,1),%eax
cvtsi2ss %rax,%xmm0
mulss  0xebd(%rip),%xmm0
cvttss2si %xmm0,%r12
mov    %rdi,(%rsp)
mov    %r14,%rsi
mov    %ebx,%edx
mov    %r12d,%ecx
call   1030 <merge_sort@plt>
mov    %rax,%r13
lea    0x1(%r12),%ebp
mov    (%rsp),%rdi
mov    %r14,%rsi
mov    %ebp,%edx
mov    %r15d,%ecx
call   1030 <merge_sort@plt>
mov    (%rsp),%rcx
cmp    %rcx,%r13
cmovne %rcx,%r14
cmp    %r15d,%ebx
jbe    1194 <merge_sort+0x84>
mov    %r14,%rax
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret
mov    %ebx,%ecx
jmp    11b8 <merge_sort+0xa8>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %ecx,%edx
mov    0x0(%r13,%rdx,4),%edx
mov    %ebx,%esi
mov    %edx,(%r14,%rsi,4)
add    $0x1,%ecx
add    $0x1,%ebx
cmp    %r15d,%ebx
ja     1182 <merge_sort+0x72>
cmp    %r12d,%ecx
ja     11e0 <merge_sort+0xd0>
cmp    %r15d,%ebp
ja     11e0 <merge_sort+0xd0>
mov    %ecx,%edx
mov    0x0(%r13,%rdx,4),%edx
mov    %ebp,%esi
mov    (%rax,%rsi,4),%esi
mov    %ebx,%edi
cmp    %esi,%edx
jge    1200 <merge_sort+0xf0>
mov    %edx,(%r14,%rdi,4)
jmp    11ad <merge_sort+0x9d>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
cmp    %r12d,%ecx
jbe    11a0 <merge_sort+0x90>
mov    %ebp,%edx
mov    (%rax,%rdx,4),%edx
mov    %ebx,%esi
mov    %edx,(%r14,%rsi,4)
jmp    1204 <merge_sort+0xf4>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax)
mov    %esi,(%r14,%rdi,4)
add    $0x1,%ebp
jmp    11b0 <merge_sort+0xa0>

LLVM IR (-O0):
define i32* @merge_sort(i32* %0, i32* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32*
%7 = alloca i32*
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32*
%12 = alloca i32*
%13 = alloca i32*
%14 = alloca i32
%15 = alloca i32
%16 = alloca i32
store i32* %0, i32** %6
store i32* %1, i32** %7
store i32 %2, i32* %8
store i32 %3, i32* %9
%17 = load i32, i32* %8
%18 = load i32, i32* %9
%19 = icmp eq i32 %17, %18
br i1 %19, label %20, label %31
20: ; preds = %4
%21 = load i32*, i32** %6
%22 = load i32, i32* %8
%23 = zext i32 %22 to i64
%24 = getelementptr inbounds i32, i32* %21, i64 %23
%25 = load i32, i32* %24
%26 = load i32*, i32** %7
%27 = load i32, i32* %8
%28 = zext i32 %27 to i64
%29 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %28
store i32 %25, i32* %29
%30 = load i32*, i32** %7
store i32* %30, i32** %5
br label %146
31: ; preds = %4
%32 = load i32, i32* %8
%33 = load i32, i32* %9
%34 = add i32 %32, %33
%35 = uitofp i32 %34 to float
%36 = fmul float %35, 5.000000e-01
%37 = fptoui float %36 to i32
store i32 %37, i32* %10
%38 = load i32*, i32** %6
%39 = load i32*, i32** %7
%40 = load i32, i32* %8
%41 = load i32, i32* %10
%42 = call i32* @merge_sort(i32* %38, i32* %39, i32 %40, i32 %41)
store i32* %42, i32** %11
%43 = load i32*, i32** %6
%44 = load i32*, i32** %7
%45 = load i32, i32* %10
%46 = add i32 %45, 1
%47 = load i32, i32* %9
%48 = call i32* @merge_sort(i32* %43, i32* %44, i32 %46, i32 %47)
store i32* %48, i32** %12
%49 = load i32*, i32** %11
%50 = load i32*, i32** %6
%51 = icmp eq i32* %49, %50
br i1 %51, label %52, label %54
52: ; preds = %31
%53 = load i32*, i32** %7
br label %56
54: ; preds = %31
%55 = load i32*, i32** %6
br label %56
56: ; preds = %54, %52
%57 = phi i32* [ %53, %52 ], [ %55, %54 ]
store i32* %57, i32** %13
%58 = load i32, i32* %8
store i32 %58, i32* %14
%59 = load i32, i32* %10
%60 = add i32 %59, 1
store i32 %60, i32* %15
%61 = load i32, i32* %8
store i32 %61, i32* %16
br label %62
62: ; preds = %141, %56
%63 = load i32, i32* %16
%64 = load i32, i32* %9
%65 = icmp ule i32 %63, %64
br i1 %65, label %66, label %144
66: ; preds = %62
%67 = load i32, i32* %14
%68 = load i32, i32* %10
%69 = icmp ule i32 %67, %68
br i1 %69, label %70, label %111
70: ; preds = %66
%71 = load i32, i32* %15
%72 = load i32, i32* %9
%73 = icmp ule i32 %71, %72
br i1 %73, label %74, label %111
74: ; preds = %70
%75 = load i32*, i32** %11
%76 = load i32, i32* %14
%77 = zext i32 %76 to i64
%78 = getelementptr inbounds i32, i32* %75, i64 %77
%79 = load i32, i32* %78
%80 = load i32*, i32** %12
%81 = load i32, i32* %15
%82 = zext i32 %81 to i64
%83 = getelementptr inbounds i32, i32* %80, i64 %82
%84 = load i32, i32* %83
%85 = icmp slt i32 %79, %84
br i1 %85, label %86, label %98
86: ; preds = %74
%87 = load i32*, i32** %11
%88 = load i32, i32* %14
%89 = zext i32 %88 to i64
%90 = getelementptr inbounds i32, i32* %87, i64 %89
%91 = load i32, i32* %90
%92 = load i32*, i32** %13
%93 = load i32, i32* %16
%94 = zext i32 %93 to i64
%95 = getelementptr inbounds i32, i32* %92, i64 %94
store i32 %91, i32* %95
%96 = load i32, i32* %14
%97 = add i32 %96, 1
store i32 %97, i32* %14
br label %110
98: ; preds = %74
%99 = load i32*, i32** %12
%100 = load i32, i32* %15
%101 = zext i32 %100 to i64
%102 = getelementptr inbounds i32, i32* %99, i64 %101
%103 = load i32, i32* %102
%104 = load i32*, i32** %13
%105 = load i32, i32* %16
%106 = zext i32 %105 to i64
%107 = getelementptr inbounds i32, i32* %104, i64 %106
store i32 %103, i32* %107
%108 = load i32, i32* %15
%109 = add i32 %108, 1
store i32 %109, i32* %15
br label %110
110: ; preds = %98, %86
br label %140
111: ; preds = %70, %66
%112 = load i32, i32* %14
%113 = load i32, i32* %10
%114 = icmp ule i32 %112, %113
br i1 %114, label %115, label %127
115: ; preds = %111
%116 = load i32*, i32** %11
%117 = load i32, i32* %14
%118 = zext i32 %117 to i64
%119 = getelementptr inbounds i32, i32* %116, i64 %118
%120 = load i32, i32* %119
%121 = load i32*, i32** %13
%122 = load i32, i32* %16
%123 = zext i32 %122 to i64
%124 = getelementptr inbounds i32, i32* %121, i64 %123
store i32 %120, i32* %124
%125 = load i32, i32* %14
%126 = add i32 %125, 1
store i32 %126, i32* %14
br label %139
127: ; preds = %111
%128 = load i32*, i32** %12
%129 = load i32, i32* %15
%130 = zext i32 %129 to i64
%131 = getelementptr inbounds i32, i32* %128, i64 %130
%132 = load i32, i32* %131
%133 = load i32*, i32** %13
%134 = load i32, i32* %16
%135 = zext i32 %134 to i64
%136 = getelementptr inbounds i32, i32* %133, i64 %135
store i32 %132, i32* %136
%137 = load i32, i32* %15
%138 = add i32 %137, 1
store i32 %138, i32* %15
br label %139
139: ; preds = %127, %115
br label %140
140: ; preds = %139, %110
br label %141
141: ; preds = %140
%142 = load i32, i32* %16
%143 = add i32 %142, 1
store i32 %143, i32* %16
br label %62
144: ; preds = %62
%145 = load i32*, i32** %13
store i32* %145, i32** %5
br label %146
146: ; preds = %144, %20
%147 = load i32*, i32** %5
ret i32* %147
}

LLVM IR (-O2):
define i32* @merge_sort(i32* %0, i32* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = icmp eq i32 %2, %3
br i1 %5, label %6, label %11
6: ; preds = %4
%7 = zext i32 %2 to i64
%8 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %7
%9 = load i32, i32* %8
%10 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %7
store i32 %9, i32* %10
br label %63
11: ; preds = %4
%12 = add i32 %3, %2
%13 = uitofp i32 %12 to float
%14 = fmul float %13, 5.000000e-01
%15 = fptoui float %14 to i32
%16 = tail call i32* @merge_sort(i32* %0, i32* %1, i32 %2, i32 %15)
%17 = add i32 %15, 1
%18 = tail call i32* @merge_sort(i32* %0, i32* %1, i32 %17, i32 %3)
%19 = icmp eq i32* %16, %0
%20 = select i1 %19, i32* %1, i32* %0
%21 = icmp ugt i32 %2, %3
br i1 %21, label %63, label %22
22: ; preds = %11, %58
%23 = phi i32 [ %61, %58 ], [ %2, %11 ]
%24 = phi i32 [ %60, %58 ], [ %17, %11 ]
%25 = phi i32 [ %59, %58 ], [ %2, %11 ]
%26 = icmp ugt i32 %25, %15
%27 = icmp ugt i32 %24, %3
%28 = select i1 %26, i1 true, i1 %27
br i1 %28, label %43, label %29
29: ; preds = %22
%30 = zext i32 %25 to i64
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %30
%32 = load i32, i32* %31
%33 = zext i32 %24 to i64
%34 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %33
%35 = load i32, i32* %34
%36 = icmp slt i32 %32, %35
%37 = zext i32 %23 to i64
%38 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %37
br i1 %36, label %39, label %41
39: ; preds = %29
store i32 %32, i32* %38
%40 = add i32 %25, 1
br label %58
41: ; preds = %29
store i32 %35, i32* %38
%42 = add i32 %24, 1
br label %58
43: ; preds = %22
br i1 %26, label %51, label %44
44: ; preds = %43
%45 = zext i32 %25 to i64
%46 = getelementptr inbounds i32, i32* %16, i64 %45
%47 = load i32, i32* %46
%48 = zext i32 %23 to i64
%49 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %48
store i32 %47, i32* %49
%50 = add i32 %25, 1
br label %58
51: ; preds = %43
%52 = zext i32 %24 to i64
%53 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %52
%54 = load i32, i32* %53
%55 = zext i32 %23 to i64
%56 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %55
store i32 %54, i32* %56
%57 = add i32 %24, 1
br label %58
58: ; preds = %41, %39, %51, %44
%59 = phi i32 [ %40, %39 ], [ %25, %41 ], [ %50, %44 ], [ %25, %51 ]
%60 = phi i32 [ %24, %39 ], [ %42, %41 ], [ %24, %44 ], [ %57, %51 ]
%61 = add i32 %23, 1
%62 = icmp ugt i32 %61, %3
br i1 %62, label %63, label %22
63: ; preds = %58, %11, %6
%64 = phi i32* [ %1, %6 ], [ %20, %11 ], [ %20, %58 ]
ret i32* %64
}