#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 */
size_t read_nibble(unsigned long, int);
int /*<<< orphan*/ write_nibble(unsigned long *, int /*<<< orphan*/, int);
unsigned long nibble_sort(unsigned long arg) {
  int i, j;
  unsigned long counter[16] = {0};
  for (i = 0; i < 16; i++) {
    counter[read_nibble(arg, i)]++;
  }
  for (i = 0, j = 0; i < 16; i++) {
    while (counter[i]--) {
      write_nibble(&arg, j++, i);
    }
  }
  return arg;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<nibble_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x90,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
lea    -0x90(%rbp),%rdi
xor    %esi,%esi
mov    $0x80,%edx
call   1050 <memset@plt>
movl   $0x0,-0xc(%rbp)
cmpl   $0x10,-0xc(%rbp)
jge    1191 <nibble_sort+0x61>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0xc(%rbp),%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
mov    -0x90(%rbp,%rax,8),%rcx
ff
add    $0x1,%rcx
mov    %rcx,-0x90(%rbp,%rax,8)
ff
mov    -0xc(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
jmp    1159 <nibble_sort+0x29>
movl   $0x0,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
cmpl   $0x10,-0xc(%rbp)
jge    1202 <nibble_sort+0xd2>
jmp    11ae <nibble_sort+0x7e>
movslq -0xc(%rbp),%rcx
mov    -0x90(%rbp,%rcx,8),%rax
ff
mov    %rax,%rdx
add    $0xffffffffffffffff,%rdx
mov    %rdx,-0x90(%rbp,%rcx,8)
ff
cmp    $0x0,%rax
je     11ef <nibble_sort+0xbf>
mov    -0x10(%rbp),%esi
mov    %esi,%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%edx
lea    -0x8(%rbp),%rdi
call   1030 <write_nibble@plt>
jmp    11ae <nibble_sort+0x7e>
jmp    11f4 <nibble_sort+0xc4>
mov    -0xc(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
jmp    119f <nibble_sort+0x6f>
mov    -0x8(%rbp),%rax
add    $0x90,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<nibble_sort>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %rbx
sub    $0x98,%rsp
mov    %rdi,%r14
mov    %rdi,0x8(%rsp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movaps %xmm0,0x80(%rsp)
movaps %xmm0,0x70(%rsp)
movaps %xmm0,0x60(%rsp)
movaps %xmm0,0x50(%rsp)
movaps %xmm0,0x40(%rsp)
movaps %xmm0,0x30(%rsp)
movaps %xmm0,0x20(%rsp)
movaps %xmm0,0x10(%rsp)
xor    %r15d,%r15d
xor    %esi,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x1,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x2,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x3,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x4,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x5,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x6,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x7,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x8,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0x9,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xa,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xb,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xc,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xd,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xe,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
mov    %r14,%rdi
mov    $0xf,%esi
call   1040 <read_nibble@plt>
addq   $0x1,0x10(%rsp,%rax,8)
lea    0x8(%rsp),%r14
xor    %esi,%esi
jmp    12b7 <nibble_sort+0x197>
nopl   0x0(%rax)
mov    %esi,%ebp
movq   $0xffffffffffffffff,0x10(%rsp,%r15,8)
ff ff
add    $0x1,%r15
mov    %ebp,%esi
cmp    $0x10,%r15
je     12e8 <nibble_sort+0x1c8>
mov    0x10(%rsp,%r15,8),%rbx
test   %rbx,%rbx
je     12a0 <nibble_sort+0x180>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
lea    0x1(%rsi),%ebp
mov    %r14,%rdi
mov    %r15d,%edx
call   1030 <write_nibble@plt>
mov    %ebp,%esi
add    $0xffffffffffffffff,%rbx
jne    12d0 <nibble_sort+0x1b0>
jmp    12a2 <nibble_sort+0x182>
mov    0x8(%rsp),%rax
add    $0x98,%rsp
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @nibble_sort(i64 %0) {
%2 = alloca i64
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca [16 x i64]
store i64 %0, i64* %2
%6 = bitcast [16 x i64]* %5 to i8*
store i32 0, i32* %3
br label %7
7: ; preds = %17, %1
%8 = load i32, i32* %3
%9 = icmp slt i32 %8, 16
br i1 %9, label %10, label %20
10: ; preds = %7
%11 = load i64, i64* %2
%12 = load i32, i32* %3
%13 = call i64 @read_nibble(i64 %11, i32 %12)
%14 = getelementptr inbounds [16 x i64], [16 x i64]* %5, i64 0, i64 %13
%15 = load i64, i64* %14
%16 = add i64 %15, 1
store i64 %16, i64* %14
br label %17
17: ; preds = %10
%18 = load i32, i32* %3
%19 = add nsw i32 %18, 1
store i32 %19, i32* %3
br label %7
20: ; preds = %7
store i32 0, i32* %3
store i32 0, i32* %4
br label %21
21: ; preds = %38, %20
%22 = load i32, i32* %3
%23 = icmp slt i32 %22, 16
br i1 %23, label %24, label %41
24: ; preds = %21
br label %25
25: ; preds = %32, %24
%26 = load i32, i32* %3
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds [16 x i64], [16 x i64]* %5, i64 0, i64 %27
%29 = load i64, i64* %28
%30 = add i64 %29, -1
store i64 %30, i64* %28
%31 = icmp ne i64 %29, 0
br i1 %31, label %32, label %37
32: ; preds = %25
%33 = load i32, i32* %4
%34 = add nsw i32 %33, 1
store i32 %34, i32* %4
%35 = load i32, i32* %3
%36 = call i32 @write_nibble(i64* %2, i32 %33, i32 %35)
br label %25
37: ; preds = %25
br label %38
38: ; preds = %37
%39 = load i32, i32* %3
%40 = add nsw i32 %39, 1
store i32 %40, i32* %3
br label %21
41: ; preds = %21
%42 = load i64, i64* %2
ret i64 %42
}

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