int partition(unsigned long *arr, int lo, int hi) {
  int i, j;
  unsigned long temp, pivot;
  pivot = arr[lo];
  i = lo + 1;
  j = hi;
  while (i < j) {
    while (arr[i] < pivot && i < hi)
      i++;
    while (arr[j] > pivot && j > lo)
      j--;
    if (i < j) {
      temp = arr[i];
      arr[i] = arr[j];
      arr[j] = temp;
      i++;
      j--;
    }
  }
  if (arr[lo] > arr[j]) {
    arr[lo] = arr[j];
    arr[j] = pivot;
  }
  return j;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<partition>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1228 <partition+0x128>
jmp    113e <partition+0x3e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rcx
xor    %eax,%eax
cmp    -0x28(%rbp),%rcx
mov    %al,-0x29(%rbp)
jae    1165 <partition+0x65>
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
setl   %al
mov    %al,-0x29(%rbp)
mov    -0x29(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    1175 <partition+0x75>
jmp    1183 <partition+0x83>
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    113e <partition+0x3e>
jmp    1188 <partition+0x88>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rcx
xor    %eax,%eax
cmp    -0x28(%rbp),%rcx
mov    %al,-0x2a(%rbp)
jbe    11af <partition+0xaf>
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
setg   %al
mov    %al,-0x2a(%rbp)
mov    -0x2a(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    11bf <partition+0xbf>
jmp    11cd <partition+0xcd>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1188 <partition+0x88>
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1223 <partition+0x123>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x20(%rbp),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    112d <partition+0x2d>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x18(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,8),%rax
jbe    126e <partition+0x16e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x28(%rbp),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x18(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<partition>:
push   %rbx
mov    %edx,%eax
movslq %esi,%r9
mov    (%rdi,%r9,8),%r11
lea    0x1(%r9),%r8d
cmp    %edx,%r8d
jge    117e <partition+0x7e>
movslq %eax,%r10
jmp    1125 <partition+0x25>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
cmp    %eax,%r8d
jge    1183 <partition+0x83>
movslq %r8d,%rcx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%rdi,%rcx,8),%rsi
lea    0x1(%rcx),%rdx
cmp    %r11,%rsi
jae    1145 <partition+0x45>
cmp    %r10,%rcx
mov    %rdx,%rcx
jl     1130 <partition+0x30>
lea    -0x1(%rdx),%r8d
cltq
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%rdi,%rax,8),%rbx
lea    -0x1(%rax),%rcx
cmp    %r11,%rbx
jbe    1165 <partition+0x65>
cmp    %r9,%rax
mov    %rcx,%rax
jg     1150 <partition+0x50>
lea    0x1(%rcx),%eax
cmp    %eax,%r8d
jge    1120 <partition+0x20>
mov    %rbx,-0x8(%rdi,%rdx,8)
mov    %rsi,0x8(%rdi,%rcx,8)
mov    %ecx,%eax
mov    %edx,%r8d
jmp    1120 <partition+0x20>
mov    %r11,%rcx
jmp    1187 <partition+0x87>
mov    (%rdi,%r9,8),%rcx
movslq %eax,%rdx
mov    (%rdi,%rdx,8),%rsi
cmp    %rsi,%rcx
jbe    119b <partition+0x9b>
mov    %rsi,(%rdi,%r9,8)
mov    %r11,(%rdi,%rdx,8)
pop    %rbx
ret

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

LLVM IR (-O2):
define i32 @partition(i64* nocapture %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = sext i32 %1 to i64
%5 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %4
%6 = load i64, i64* %5
%7 = add nsw i32 %1, 1
%8 = icmp slt i32 %7, %2
br i1 %8, label %9, label %48
9: ; preds = %3
%10 = sext i32 %2 to i64
br label %11
11: ; preds = %9, %42
%12 = phi i32 [ %44, %42 ], [ %7, %9 ]
%13 = phi i32 [ %43, %42 ], [ %2, %9 ]
%14 = sext i32 %12 to i64
br label %15
15: ; preds = %15, %11
%16 = phi i64 [ %22, %15 ], [ %14, %11 ]
%17 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %16
%18 = load i64, i64* %17
%19 = icmp ult i64 %18, %6
%20 = icmp slt i64 %16, %10
%21 = select i1 %19, i1 %20, i1 false
%22 = add nsw i64 %16, 1
br i1 %21, label %15, label %23
23: ; preds = %15
%24 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %16
%25 = trunc i64 %16 to i32
%26 = sext i32 %13 to i64
br label %27
27: ; preds = %27, %23
%28 = phi i64 [ %34, %27 ], [ %26, %23 ]
%29 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %28
%30 = load i64, i64* %29
%31 = icmp ugt i64 %30, %6
%32 = icmp sgt i64 %28, %4
%33 = select i1 %31, i1 %32, i1 false
%34 = add nsw i64 %28, -1
br i1 %33, label %27, label %35
35: ; preds = %27
%36 = trunc i64 %28 to i32
%37 = icmp slt i32 %25, %36
br i1 %37, label %38, label %42
38: ; preds = %35
%39 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %28
store i64 %30, i64* %24
store i64 %18, i64* %39
%40 = add nsw i32 %25, 1
%41 = add nsw i32 %36, -1
br label %42
42: ; preds = %38, %35
%43 = phi i32 [ %41, %38 ], [ %36, %35 ]
%44 = phi i32 [ %40, %38 ], [ %25, %35 ]
%45 = icmp slt i32 %44, %43
br i1 %45, label %11, label %46
46: ; preds = %42
%47 = load i64, i64* %5
br label %48
48: ; preds = %46, %3
%49 = phi i64 [ %6, %3 ], [ %47, %46 ]
%50 = phi i32 [ %2, %3 ], [ %43, %46 ]
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds i64, i64* %0, i64 %51
%53 = load i64, i64* %52
%54 = icmp ugt i64 %49, %53
br i1 %54, label %55, label %56
55: ; preds = %48
store i64 %53, i64* %5
store i64 %6, i64* %52
br label %56
56: ; preds = %55, %48
ret i32 %50
}