#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 /*<<< orphan*/ arr;

/* Variables and functions */
int *malloc(int);
int /*<<< orphan*/ merge(int *, int, int *, int);
void merge_sort(int *arr, int n) {
  int *dest = malloc(sizeof(arr));
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    dest[i] = -999;
  }
  for (int bin_size = 1; bin_size <= n; bin_size = bin_size * 2) {
    merge(arr, n, dest, bin_size);
  }
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    arr[i] = dest[i];
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x30,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    $0x8,%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    116d <merge_sort+0x4d>
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movl   $0xfffffc19,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1144 <merge_sort+0x24>
movl   $0x1,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jg     11a1 <merge_sort+0x81>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0xc(%rbp),%esi
mov    -0x18(%rbp),%rdx
mov    -0x20(%rbp),%ecx
call   1030 <merge@plt>
mov    -0x20(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1174 <merge_sort+0x54>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11d8 <merge_sort+0xb8>
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    11a8 <merge_sort+0x88>
add    $0x30,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge_sort>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r12
push   %rbx
mov    %esi,%r12d
mov    %rdi,%r14
mov    $0x8,%edi
call   1050 <malloc@plt>
test   %r12d,%r12d
jle    129e <merge_sort+0x16e>
mov    %rax,%rbx
mov    %r12d,%r15d
cmp    $0x8,%r12d
jae    1164 <merge_sort+0x34>
xor    %eax,%eax
jmp    1250 <merge_sort+0x120>
mov    %r15d,%eax
and    $0xfffffff8,%eax
lea    -0x8(%rax),%rsi
mov    %rsi,%rdx
shr    $0x3,%rdx
add    $0x1,%rdx
mov    %edx,%ecx
and    $0x7,%ecx
cmp    $0x38,%rsi
jae    118b <merge_sort+0x5b>
xor    %esi,%esi
jmp    1211 <merge_sort+0xe1>
and    $0xfffffffffffffff8,%rdx
xor    %esi,%esi
movaps 0xe68(%rip),%xmm0
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movups %xmm0,(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x10(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x20(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x30(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x40(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x50(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x60(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x70(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x80(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0x90(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xa0(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xb0(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xc0(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xd0(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xe0(%rbx,%rsi,4)
movups %xmm0,0xf0(%rbx,%rsi,4)
add    $0x40,%rsi
add    $0xfffffffffffffff8,%rdx
jne    11a0 <merge_sort+0x70>
test   %rcx,%rcx
je     1242 <merge_sort+0x112>
lea    (%rbx,%rsi,4),%rdx
add    $0x10,%rdx
shl    $0x5,%rcx
xor    %esi,%esi
movaps 0xdd5(%rip),%xmm0
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movups %xmm0,-0x10(%rdx,%rsi,1)
movups %xmm0,(%rdx,%rsi,1)
add    $0x20,%rsi
cmp    %rsi,%rcx
jne    1230 <merge_sort+0x100>
cmp    %r15,%rax
je     1260 <merge_sort+0x130>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movl   $0xfffffc19,(%rbx,%rax,4)
add    $0x1,%rax
cmp    %rax,%r15
jne    1250 <merge_sort+0x120>
test   %r12d,%r12d
jle    1287 <merge_sort+0x157>
mov    $0x1,%ebp
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %r14,%rdi
mov    %r12d,%esi
mov    %rbx,%rdx
mov    %ebp,%ecx
call   1040 <merge@plt>
add    %ebp,%ebp
cmp    %r12d,%ebp
jle    1270 <merge_sort+0x140>
test   %r12d,%r12d
jle    129e <merge_sort+0x16e>
shl    $0x2,%r15
mov    %r14,%rdi
mov    %rbx,%rsi
mov    %r15,%rdx
call   1030 <memcpy@plt>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @merge_sort(i32* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32*
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
store i32* %0, i32** %3
store i32 %1, i32* %4
%9 = call i32* @malloc(i32 8)
store i32* %9, i32** %5
store i32 0, i32* %6
br label %10
10: ; preds = %19, %2
%11 = load i32, i32* %6
%12 = load i32, i32* %4
%13 = icmp slt i32 %11, %12
br i1 %13, label %14, label %22
14: ; preds = %10
%15 = load i32*, i32** %5
%16 = load i32, i32* %6
%17 = sext i32 %16 to i64
%18 = getelementptr inbounds i32, i32* %15, i64 %17
store i32 -999, i32* %18
br label %19
19: ; preds = %14
%20 = load i32, i32* %6
%21 = add nsw i32 %20, 1
store i32 %21, i32* %6
br label %10
22: ; preds = %10
store i32 1, i32* %7
br label %23
23: ; preds = %33, %22
%24 = load i32, i32* %7
%25 = load i32, i32* %4
%26 = icmp sle i32 %24, %25
br i1 %26, label %27, label %36
27: ; preds = %23
%28 = load i32*, i32** %3
%29 = load i32, i32* %4
%30 = load i32*, i32** %5
%31 = load i32, i32* %7
%32 = call i32 @merge(i32* %28, i32 %29, i32* %30, i32 %31)
br label %33
33: ; preds = %27
%34 = load i32, i32* %7
%35 = mul nsw i32 %34, 2
store i32 %35, i32* %7
br label %23
36: ; preds = %23
store i32 0, i32* %8
br label %37
37: ; preds = %51, %36
%38 = load i32, i32* %8
%39 = load i32, i32* %4
%40 = icmp slt i32 %38, %39
br i1 %40, label %41, label %54
41: ; preds = %37
%42 = load i32*, i32** %5
%43 = load i32, i32* %8
%44 = sext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds i32, i32* %42, i64 %44
%46 = load i32, i32* %45
%47 = load i32*, i32** %3
%48 = load i32, i32* %8
%49 = sext i32 %48 to i64
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %47, i64 %49
store i32 %46, i32* %50
br label %51
51: ; preds = %41
%52 = load i32, i32* %8
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %8
br label %37
54: ; preds = %37
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @merge_sort(i32* %0, i32 %1) {
%3 = bitcast i32* %0 to i8*
%4 = tail call i32* @malloc(i32 8)
%5 = bitcast i32* %4 to i8*
%6 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %6, label %7, label %97
7: ; preds = %2
%8 = zext i32 %1 to i64
%9 = icmp ult i32 %1, 8
br i1 %9, label %79, label %10
10: ; preds = %7
%11 = and i64 %8, 4294967288
%12 = add nsw i64 %11, -8
%13 = lshr exact i64 %12, 3
%14 = add nuw nsw i64 %13, 1
%15 = and i64 %14, 7
%16 = icmp ult i64 %12, 56
br i1 %16, label %64, label %17
17: ; preds = %10
%18 = and i64 %14, 4611686018427387896
br label %19
19: ; preds = %19, %17
%20 = phi i64 [ 0, %17 ], [ %61, %19 ]
%21 = phi i64 [ 0, %17 ], [ %62, %19 ]
%22 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %20
%23 = bitcast i32* %22 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %23
%24 = getelementptr inbounds i32, i32* %22, i64 4
%25 = bitcast i32* %24 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %25
%26 = or i64 %20, 8
%27 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %26
%28 = bitcast i32* %27 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %28
%29 = getelementptr inbounds i32, i32* %27, i64 4
%30 = bitcast i32* %29 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %30
%31 = or i64 %20, 16
%32 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %31
%33 = bitcast i32* %32 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %33
%34 = getelementptr inbounds i32, i32* %32, i64 4
%35 = bitcast i32* %34 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %35
%36 = or i64 %20, 24
%37 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %36
%38 = bitcast i32* %37 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %38
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %37, i64 4
%40 = bitcast i32* %39 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %40
%41 = or i64 %20, 32
%42 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %41
%43 = bitcast i32* %42 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %43
%44 = getelementptr inbounds i32, i32* %42, i64 4
%45 = bitcast i32* %44 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %45
%46 = or i64 %20, 40
%47 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %46
%48 = bitcast i32* %47 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %48
%49 = getelementptr inbounds i32, i32* %47, i64 4
%50 = bitcast i32* %49 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %50
%51 = or i64 %20, 48
%52 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %51
%53 = bitcast i32* %52 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %53
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %52, i64 4
%55 = bitcast i32* %54 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %55
%56 = or i64 %20, 56
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %56
%58 = bitcast i32* %57 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %58
%59 = getelementptr inbounds i32, i32* %57, i64 4
%60 = bitcast i32* %59 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %60
%61 = add nuw i64 %20, 64
%62 = add nuw i64 %21, 8
%63 = icmp eq i64 %62, %18
br i1 %63, label %64, label %19
64: ; preds = %19, %10
%65 = phi i64 [ 0, %10 ], [ %61, %19 ]
%66 = icmp eq i64 %15, 0
br i1 %66, label %77, label %67
67: ; preds = %64, %67
%68 = phi i64 [ %74, %67 ], [ %65, %64 ]
%69 = phi i64 [ %75, %67 ], [ 0, %64 ]
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %68
%71 = bitcast i32* %70 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %71
%72 = getelementptr inbounds i32, i32* %70, i64 4
%73 = bitcast i32* %72 to <4 x i32>*
store <4 x i32> <i32 -999, i32 -999, i32 -999, i32 -999>, <4 x i32>* %73
%74 = add nuw i64 %68, 8
%75 = add i64 %69, 1
%76 = icmp eq i64 %75, %15
br i1 %76, label %77, label %67
77: ; preds = %67, %64
%78 = icmp eq i64 %11, %8
br i1 %78, label %81, label %79
79: ; preds = %7, %77
%80 = phi i64 [ 0, %7 ], [ %11, %77 ]
br label %83
81: ; preds = %83, %77
%82 = icmp slt i32 %1, 1
br i1 %82, label %88, label %92
83: ; preds = %79, %83
%84 = phi i64 [ %86, %83 ], [ %80, %79 ]
%85 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %84
store i32 -999, i32* %85
%86 = add nuw nsw i64 %84, 1
%87 = icmp eq i64 %86, %8
br i1 %87, label %81, label %83
88: ; preds = %92, %81
br i1 %6, label %89, label %97
89: ; preds = %88
%90 = zext i32 %1 to i64
%91 = shl nuw nsw i64 %90, 2
br label %97
92: ; preds = %81, %92
%93 = phi i32 [ %95, %92 ], [ 1, %81 ]
%94 = tail call i32 @merge(i32* %0, i32 %1, i32* %4, i32 %93)
%95 = shl nsw i32 %93, 1
%96 = icmp sgt i32 %95, %1
br i1 %96, label %88, label %92
97: ; preds = %2, %89, %88
ret void
}