#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 /*<<< orphan*/ memset(int *, int /*<<< orphan*/, int);
void counting_sort(int a[], int *b, int size, int k) {
  int c[(size + 1)];
  memset(c, 0, (size + 1));
  for (int j = 0; j < size; j++) {
    c[a[j]] = c[a[j]] + 1;
  }
  for (int i = 1; i <= k; i++) {
    c[i] = c[i] + c[(i - 1)];
  }
  for (int j = (size - 1); j >= 0; j--) {
    b[(c[a[j]] - 1)] = a[j];
    c[a[j]] = c[a[j]] - 1;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<counting_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %rsp,%rcx
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
lea    0xf(,%rax,4),%rcx
and    $0xfffffffffffffff0,%rcx
mov    %rsp,%rdi
sub    %rcx,%rdi
mov    %rdi,-0x40(%rbp)
mov    %rdi,%rsp
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%edx
add    $0x1,%edx
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    11a3 <counting_sort+0x93>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
add    $0x1,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rsi
movslq (%rcx,%rsi,4),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1164 <counting_sort+0x54>
movl   $0x1,-0x30(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jg     11e2 <counting_sort+0xd2>
mov    -0x40(%rbp),%rax
movslq -0x30(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x30(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
movslq -0x30(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x30(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
jmp    11aa <counting_sort+0x9a>
mov    -0x14(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x34(%rbp)
jl     124f <counting_sort+0x13f>
mov    -0x40(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x34(%rbp),%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%esi
mov    -0x10(%rbp),%rcx
mov    -0x8(%rbp),%rdx
movslq -0x34(%rbp),%rdi
movslq (%rdx,%rdi,4),%rdx
mov    (%rax,%rdx,4),%edx
sub    $0x1,%edx
movslq %edx,%rdx
mov    %esi,(%rcx,%rdx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x34(%rbp),%rdx
movslq (%rcx,%rdx,4),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
sub    $0x1,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x34(%rbp),%rsi
movslq (%rcx,%rsi,4),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    11eb <counting_sort+0xdb>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,%rsp
mov    %rbp,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<counting_sort>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
mov    %ecx,%r13d
mov    %edx,%r12d
mov    %rsi,%r14
mov    %rdi,%r15
lea    0x1(%r12),%edx
mov    %rsp,%rbx
lea    0xf(,%rdx,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
sub    %rax,%rbx
mov    %rbx,%rsp
mov    %rbx,%rdi
xor    %esi,%esi
call   1030 <memset@plt>
mov    %r12d,%eax
test   %r12d,%r12d
jle    11c1 <counting_sort+0xb1>
lea    -0x1(%rax),%rdx
mov    %eax,%ecx
and    $0x3,%ecx
cmp    $0x3,%rdx
jae    1169 <counting_sort+0x59>
xor    %edx,%edx
jmp    119c <counting_sort+0x8c>
mov    %eax,%esi
and    $0xfffffffc,%esi
xor    %edx,%edx
movslq (%r15,%rdx,4),%rdi
addl   $0x1,(%rbx,%rdi,4)
movslq 0x4(%r15,%rdx,4),%rdi
addl   $0x1,(%rbx,%rdi,4)
movslq 0x8(%r15,%rdx,4),%rdi
addl   $0x1,(%rbx,%rdi,4)
movslq 0xc(%r15,%rdx,4),%rdi
addl   $0x1,(%rbx,%rdi,4)
add    $0x4,%rdx
cmp    %rdx,%rsi
jne    1170 <counting_sort+0x60>
test   %rcx,%rcx
je     11c1 <counting_sort+0xb1>
lea    (%r15,%rdx,4),%rdx
xor    %esi,%esi
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq (%rdx,%rsi,4),%rdi
addl   $0x1,(%rbx,%rdi,4)
add    $0x1,%rsi
cmp    %rsi,%rcx
jne    11b0 <counting_sort+0xa0>
test   %r13d,%r13d
jle    123f <counting_sort+0x12f>
mov    %r13d,%edi
mov    (%rbx),%ecx
lea    -0x1(%rdi),%r8
mov    %edi,%edx
and    $0x3,%edx
mov    $0x1,%esi
cmp    $0x3,%r8
jb     121d <counting_sort+0x10d>
and    $0xfffffffc,%edi
xor    %esi,%esi
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    0x4(%rbx,%rsi,4),%ecx
mov    %ecx,0x4(%rbx,%rsi,4)
add    0x8(%rbx,%rsi,4),%ecx
mov    %ecx,0x8(%rbx,%rsi,4)
add    0xc(%rbx,%rsi,4),%ecx
mov    %ecx,0xc(%rbx,%rsi,4)
add    0x10(%rbx,%rsi,4),%ecx
mov    %ecx,0x10(%rbx,%rsi,4)
add    $0x4,%rsi
cmp    %rsi,%rdi
jne    11f0 <counting_sort+0xe0>
add    $0x1,%rsi
test   %rdx,%rdx
je     123f <counting_sort+0x12f>
lea    (%rbx,%rsi,4),%rsi
xor    %edi,%edi
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    (%rsi,%rdi,4),%ecx
mov    %ecx,(%rsi,%rdi,4)
add    $0x1,%rdi
cmp    %rdi,%rdx
jne    1230 <counting_sort+0x120>
test   %r12d,%r12d
jle    12ac <counting_sort+0x19c>
test   $0x1,%al
je     1263 <counting_sort+0x153>
add    $0xffffffffffffffff,%rax
mov    %eax,%ecx
movslq (%r15,%rcx,4),%rdx
movslq (%rbx,%rdx,4),%rsi
mov    %edx,-0x4(%r14,%rsi,4)
movslq (%r15,%rcx,4),%rcx
addl   $0xffffffff,(%rbx,%rcx,4)
cmp    $0x1,%r12d
je     12ac <counting_sort+0x19c>
add    $0xfffffffffffffffe,%rax
nopl   (%rax)
lea    0x1(%rax),%rcx
mov    %ecx,%edx
movslq (%r15,%rdx,4),%rsi
movslq (%rbx,%rsi,4),%rdi
mov    %esi,-0x4(%r14,%rdi,4)
movslq (%r15,%rdx,4),%rdx
addl   $0xffffffff,(%rbx,%rdx,4)
mov    %eax,%edx
movslq (%r15,%rdx,4),%rsi
movslq (%rbx,%rsi,4),%rdi
mov    %esi,-0x4(%r14,%rdi,4)
movslq (%r15,%rdx,4),%rdx
addl   $0xffffffff,(%rbx,%rdx,4)
add    $0xfffffffffffffffe,%rax
cmp    $0x1,%rcx
ja     1270 <counting_sort+0x160>
lea    -0x28(%rbp),%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @counting_sort(i32* %0, i32* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i8*
%10 = alloca i64
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
store i32* %0, i32** %5
store i32* %1, i32** %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
%14 = load i32, i32* %7
%15 = add nsw i32 %14, 1
%16 = zext i32 %15 to i64
%17 = call i8* @llvm.stacksave()
store i8* %17, i8** %9
%18 = alloca i32, i64 %16
store i64 %16, i64* %10
%19 = load i32, i32* %7
%20 = add nsw i32 %19, 1
%21 = call i32 @memset(i32* %18, i32 0, i32 %20)
store i32 0, i32* %11
br label %22
22: ; preds = %43, %4
%23 = load i32, i32* %11
%24 = load i32, i32* %7
%25 = icmp slt i32 %23, %24
br i1 %25, label %26, label %46
26: ; preds = %22
%27 = load i32*, i32** %5
%28 = load i32, i32* %11
%29 = sext i32 %28 to i64
%30 = getelementptr inbounds i32, i32* %27, i64 %29
%31 = load i32, i32* %30
%32 = sext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %32
%34 = load i32, i32* %33
%35 = add nsw i32 %34, 1
%36 = load i32*, i32** %5
%37 = load i32, i32* %11
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %36, i64 %38
%40 = load i32, i32* %39
%41 = sext i32 %40 to i64
%42 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %41
store i32 %35, i32* %42
br label %43
43: ; preds = %26
%44 = load i32, i32* %11
%45 = add nsw i32 %44, 1
store i32 %45, i32* %11
br label %22
46: ; preds = %22
store i32 1, i32* %12
br label %47
47: ; preds = %65, %46
%48 = load i32, i32* %12
%49 = load i32, i32* %8
%50 = icmp sle i32 %48, %49
br i1 %50, label %51, label %68
51: ; preds = %47
%52 = load i32, i32* %12
%53 = sext i32 %52 to i64
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %53
%55 = load i32, i32* %54
%56 = load i32, i32* %12
%57 = sub nsw i32 %56, 1
%58 = sext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %58
%60 = load i32, i32* %59
%61 = add nsw i32 %55, %60
%62 = load i32, i32* %12
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %63
store i32 %61, i32* %64
br label %65
65: ; preds = %51
%66 = load i32, i32* %12
%67 = add nsw i32 %66, 1
store i32 %67, i32* %12
br label %47
68: ; preds = %47
%69 = load i32, i32* %7
%70 = sub nsw i32 %69, 1
store i32 %70, i32* %13
br label %71
71: ; preds = %108, %68
%72 = load i32, i32* %13
%73 = icmp sge i32 %72, 0
br i1 %73, label %74, label %111
74: ; preds = %71
%75 = load i32*, i32** %5
%76 = load i32, i32* %13
%77 = sext i32 %76 to i64
%78 = getelementptr inbounds i32, i32* %75, i64 %77
%79 = load i32, i32* %78
%80 = load i32*, i32** %6
%81 = load i32*, i32** %5
%82 = load i32, i32* %13
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds i32, i32* %81, i64 %83
%85 = load i32, i32* %84
%86 = sext i32 %85 to i64
%87 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %86
%88 = load i32, i32* %87
%89 = sub nsw i32 %88, 1
%90 = sext i32 %89 to i64
%91 = getelementptr inbounds i32, i32* %80, i64 %90
store i32 %79, i32* %91
%92 = load i32*, i32** %5
%93 = load i32, i32* %13
%94 = sext i32 %93 to i64
%95 = getelementptr inbounds i32, i32* %92, i64 %94
%96 = load i32, i32* %95
%97 = sext i32 %96 to i64
%98 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %97
%99 = load i32, i32* %98
%100 = sub nsw i32 %99, 1
%101 = load i32*, i32** %5
%102 = load i32, i32* %13
%103 = sext i32 %102 to i64
%104 = getelementptr inbounds i32, i32* %101, i64 %103
%105 = load i32, i32* %104
%106 = sext i32 %105 to i64
%107 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %106
store i32 %100, i32* %107
br label %108
108: ; preds = %74
%109 = load i32, i32* %13
%110 = add nsw i32 %109, -1
store i32 %110, i32* %13
br label %71
111: ; preds = %71
%112 = load i8*, i8** %9
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @counting_sort(i32* nocapture %0, i32* nocapture writeonly %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = add nsw i32 %2, 1
%6 = zext i32 %5 to i64
%7 = alloca i32, i64 %6
%8 = call i32 @memset(i32* %7, i32 0, i32 %5)
%9 = icmp sgt i32 %2, 0
br i1 %9, label %10, label %32
10: ; preds = %4
%11 = zext i32 %2 to i64
%12 = add nsw i64 %11, -1
%13 = and i64 %11, 3
%14 = icmp ult i64 %12, 3
br i1 %14, label %17, label %15
15: ; preds = %10
%16 = and i64 %11, 4294967292
br label %44
17: ; preds = %44, %10
%18 = phi i64 [ 0, %10 ], [ %74, %44 ]
%19 = icmp eq i64 %13, 0
br i1 %19, label %32, label %20
20: ; preds = %17, %20
%21 = phi i64 [ %29, %20 ], [ %18, %17 ]
%22 = phi i64 [ %30, %20 ], [ 0, %17 ]
%23 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %21
%24 = load i32, i32* %23
%25 = sext i32 %24 to i64
%26 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %25
%27 = load i32, i32* %26
%28 = add nsw i32 %27, 1
store i32 %28, i32* %26
%29 = add nuw nsw i64 %21, 1
%30 = add i64 %22, 1
%31 = icmp eq i64 %30, %13
br i1 %31, label %32, label %20
32: ; preds = %17, %20, %4
%33 = icmp slt i32 %3, 1
br i1 %33, label %91, label %34
34: ; preds = %32
%35 = add nuw i32 %3, 1
%36 = zext i32 %35 to i64
%37 = load i32, i32* %7
%38 = add nsw i64 %36, -1
%39 = add nsw i64 %36, -2
%40 = and i64 %38, 3
%41 = icmp ult i64 %39, 3
br i1 %41, label %77, label %42
42: ; preds = %34
%43 = and i64 %38, -4
br label %115
44: ; preds = %44, %15
%45 = phi i64 [ 0, %15 ], [ %74, %44 ]
%46 = phi i64 [ 0, %15 ], [ %75, %44 ]
%47 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %45
%48 = load i32, i32* %47
%49 = sext i32 %48 to i64
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %49
%51 = load i32, i32* %50
%52 = add nsw i32 %51, 1
store i32 %52, i32* %50
%53 = or i64 %45, 1
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %53
%55 = load i32, i32* %54
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %56
%58 = load i32, i32* %57
%59 = add nsw i32 %58, 1
store i32 %59, i32* %57
%60 = or i64 %45, 2
%61 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %60
%62 = load i32, i32* %61
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %63
%65 = load i32, i32* %64
%66 = add nsw i32 %65, 1
store i32 %66, i32* %64
%67 = or i64 %45, 3
%68 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %67
%69 = load i32, i32* %68
%70 = sext i32 %69 to i64
%71 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %70
%72 = load i32, i32* %71
%73 = add nsw i32 %72, 1
store i32 %73, i32* %71
%74 = add nuw nsw i64 %45, 4
%75 = add i64 %46, 4
%76 = icmp eq i64 %75, %16
br i1 %76, label %17, label %44
77: ; preds = %115, %34
%78 = phi i32 [ %37, %34 ], [ %133, %115 ]
%79 = phi i64 [ 1, %34 ], [ %134, %115 ]
%80 = icmp eq i64 %40, 0
br i1 %80, label %91, label %81
81: ; preds = %77, %81
%82 = phi i32 [ %87, %81 ], [ %78, %77 ]
%83 = phi i64 [ %88, %81 ], [ %79, %77 ]
%84 = phi i64 [ %89, %81 ], [ 0, %77 ]
%85 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %83
%86 = load i32, i32* %85
%87 = add nsw i32 %82, %86
store i32 %87, i32* %85
%88 = add nuw nsw i64 %83, 1
%89 = add i64 %84, 1
%90 = icmp eq i64 %89, %40
br i1 %90, label %91, label %81
91: ; preds = %77, %81, %32
br i1 %9, label %92, label %137
92: ; preds = %91
%93 = zext i32 %2 to i64
%94 = and i64 %93, 1
%95 = icmp eq i64 %94, 0
br i1 %95, label %112, label %96
96: ; preds = %92
%97 = add nsw i64 %93, -1
%98 = and i64 %97, 4294967295
%99 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %98
%100 = load i32, i32* %99
%101 = sext i32 %100 to i64
%102 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %101
%103 = load i32, i32* %102
%104 = add nsw i32 %103, -1
%105 = sext i32 %104 to i64
%106 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %105
store i32 %100, i32* %106
%107 = load i32, i32* %99
%108 = sext i32 %107 to i64
%109 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %108
%110 = load i32, i32* %109
%111 = add nsw i32 %110, -1
store i32 %111, i32* %109
br label %112
112: ; preds = %96, %92
%113 = phi i64 [ %93, %92 ], [ %97, %96 ]
%114 = icmp eq i32 %2, 1
br i1 %114, label %137, label %138
115: ; preds = %115, %42
%116 = phi i32 [ %37, %42 ], [ %133, %115 ]
%117 = phi i64 [ 1, %42 ], [ %134, %115 ]
%118 = phi i64 [ 0, %42 ], [ %135, %115 ]
%119 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %117
%120 = load i32, i32* %119
%121 = add nsw i32 %116, %120
store i32 %121, i32* %119
%122 = add nuw nsw i64 %117, 1
%123 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %122
%124 = load i32, i32* %123
%125 = add nsw i32 %121, %124
store i32 %125, i32* %123
%126 = add nuw nsw i64 %117, 2
%127 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %126
%128 = load i32, i32* %127
%129 = add nsw i32 %125, %128
store i32 %129, i32* %127
%130 = add nuw nsw i64 %117, 3
%131 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %130
%132 = load i32, i32* %131
%133 = add nsw i32 %129, %132
store i32 %133, i32* %131
%134 = add nuw nsw i64 %117, 4
%135 = add i64 %118, 4
%136 = icmp eq i64 %135, %43
br i1 %136, label %77, label %115
137: ; preds = %112, %138, %91
ret void
138: ; preds = %112, %138
%139 = phi i64 [ %155, %138 ], [ %113, %112 ]
%140 = add nsw i64 %139, -1
%141 = and i64 %140, 4294967295
%142 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %141
%143 = load i32, i32* %142
%144 = sext i32 %143 to i64
%145 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %144
%146 = load i32, i32* %145
%147 = add nsw i32 %146, -1
%148 = sext i32 %147 to i64
%149 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %148
store i32 %143, i32* %149
%150 = load i32, i32* %142
%151 = sext i32 %150 to i64
%152 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %151
%153 = load i32, i32* %152
%154 = add nsw i32 %153, -1
store i32 %154, i32* %152
%155 = add nsw i64 %139, -2
%156 = and i64 %155, 4294967295
%157 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %156
%158 = load i32, i32* %157
%159 = sext i32 %158 to i64
%160 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %159
%161 = load i32, i32* %160
%162 = add nsw i32 %161, -1
%163 = sext i32 %162 to i64
%164 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %163
store i32 %158, i32* %164
%165 = load i32, i32* %157
%166 = sext i32 %165 to i64
%167 = getelementptr inbounds i32, i32* %7, i64 %166
%168 = load i32, i32* %167
%169 = add nsw i32 %168, -1
store i32 %169, i32* %167
%170 = icmp ugt i64 %140, 1
br i1 %170, label %138, label %137
}