#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 */
scalar_t__ is_pentagonal(int);
int search_solutions(int limit, int current_minimum) {
  int n_limit = 0;
  int k_limit = 0;
  int minimum = current_minimum;
  if (limit > 0) {
    n_limit = limit;
    k_limit = limit;
  } else {
    n_limit = (current_minimum - 1) / 3;
    k_limit = 0;
  }
  for (int n = 1; n < n_limit; n++) {
    int n_squared = n * n;
    for (int k = 1; k < k_limit || k_limit == 0; k++) {
      int k_squared = k * k;
      int difference = (3 * k_squared + 6 * k * n - k) / 2;
      int sum = (6 * n_squared + 3 * k_squared + 6 * k * n - 2 * n - k) / 2;
      if (k_limit == 0 && difference > minimum)
        break;
      else if (is_pentagonal(difference) && is_pentagonal(sum)) {
        if (minimum == 0)
          return difference;
        else if (difference < minimum)
          minimum = difference;
      }
    }
  }
  return minimum;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<search_solutions>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %edi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x8(%rbp)
jle    114d <search_solutions+0x3d>
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1165 <search_solutions+0x55>
mov    -0xc(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
mov    $0x3,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x10(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
movl   $0x1,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jge    129f <search_solutions+0x18f>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
imul   -0x1c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
movl   $0x1,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%al
cmp    -0x14(%rbp),%ecx
mov    %al,-0x31(%rbp)
jl     11a4 <search_solutions+0x94>
cmpl   $0x0,-0x14(%rbp)
sete   %al
mov    %al,-0x31(%rbp)
mov    -0x31(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    11b4 <search_solutions+0xa4>
jmp    128c <search_solutions+0x17c>
mov    -0x24(%rbp),%eax
imul   -0x24(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
imul   $0x3,-0x28(%rbp),%eax
imul   $0x6,-0x24(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
sub    -0x24(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
imul   $0x6,-0x20(%rbp),%eax
imul   $0x3,-0x28(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
imul   $0x6,-0x24(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
shl    $0x1,%ecx
sub    %ecx,%eax
sub    -0x24(%rbp),%eax
mov    $0x2,%ecx
cltd
idiv   %ecx
mov    %eax,-0x30(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x14(%rbp)
jne    121f <search_solutions+0x10f>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jle    121f <search_solutions+0x10f>
jmp    128c <search_solutions+0x17c>
mov    -0x2c(%rbp),%edi
call   1030 <is_pentagonal@plt>
cmp    $0x0,%rax
je     1274 <search_solutions+0x164>
mov    -0x30(%rbp),%edi
call   1030 <is_pentagonal@plt>
cmp    $0x0,%rax
je     1274 <search_solutions+0x164>
cmpl   $0x0,-0x18(%rbp)
jne    1258 <search_solutions+0x148>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
jmp    12a5 <search_solutions+0x195>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    126a <search_solutions+0x15a>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    126f <search_solutions+0x15f>
jmp    1274 <search_solutions+0x164>
jmp    1279 <search_solutions+0x169>
jmp    127e <search_solutions+0x16e>
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1189 <search_solutions+0x79>
jmp    1291 <search_solutions+0x181>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    116c <search_solutions+0x5c>
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x40,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<search_solutions>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x28,%rsp
mov    %esi,%ebp
mov    %edi,%r12d
mov    %edi,%ecx
test   %edi,%edi
jle    1133 <search_solutions+0x23>
cmp    $0x2,%ecx
jge    1158 <search_solutions+0x48>
jmp    1233 <search_solutions+0x123>
lea    -0x1(%rbp),%eax
cltq
imul   $0x55555556,%rax,%rcx
mov    %rcx,%rax
shr    $0x3f,%rax
shr    $0x20,%rcx
add    %eax,%ecx
xor    %r12d,%r12d
cmp    $0x2,%ecx
jl     1233 <search_solutions+0x123>
mov    $0x1,%edx
movl   $0x9,0x10(%rsp)
mov    %rcx,0x18(%rsp)
jmp    118a <search_solutions+0x7a>
nopl   0x0(%rax)
mov    0x20(%rsp),%rdx
add    $0x1,%edx
addl   $0x6,0x10(%rsp)
mov    0x18(%rsp),%rcx
cmp    %ecx,%edx
je     1233 <search_solutions+0x123>
cmp    $0x1,%r12d
mov    %rdx,0x20(%rsp)
je     1170 <search_solutions+0x60>
lea    (%rdx,%rdx,2),%eax
add    %eax,%eax
add    $0xfffffffe,%eax
imul   %edx,%eax
mov    %eax,0x14(%rsp)
mov    $0x1,%edx
mov    $0xffffffff,%r15d
mov    0x10(%rsp),%r13d
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    %r13d,%r14d
imul   %edx,%r14d
lea    (%r14,%r15,1),%eax
mov    %eax,%ebx
shr    $0x1f,%ebx
add    %eax,%ebx
sar    %ebx
test   %r12d,%r12d
jne    11dd <search_solutions+0xcd>
cmp    %ebp,%ebx
jg     1170 <search_solutions+0x60>
mov    %edx,0xc(%rsp)
mov    %ebx,%edi
call   1030 <is_pentagonal@plt>
test   %rax,%rax
je     1213 <search_solutions+0x103>
add    0x14(%rsp),%r14d
add    %r15d,%r14d
mov    %r14d,%edi
shr    $0x1f,%edi
add    %r14d,%edi
sar    %edi
call   1030 <is_pentagonal@plt>
test   %rax,%rax
je     1213 <search_solutions+0x103>
test   %ebp,%ebp
je     1231 <search_solutions+0x121>
cmp    %ebp,%ebx
cmovl  %ebx,%ebp
mov    0xc(%rsp),%edx
add    $0x1,%edx
add    $0xffffffff,%r15d
add    $0x3,%r13d
test   %r12d,%r12d
je     11c0 <search_solutions+0xb0>
cmp    %r12d,%edx
jl     11c0 <search_solutions+0xb0>
jmp    1170 <search_solutions+0x60>
mov    %ebx,%ebp
mov    %ebp,%eax
add    $0x28,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define i32 @search_solutions(i32 %0, i32 %1) {
%3 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %3, label %7, label %4
4: ; preds = %2
%5 = add nsw i32 %1, -1
%6 = sdiv i32 %5, 3
br label %7
7: ; preds = %2, %4
%8 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %0, %2 ]
%9 = phi i32 [ %6, %4 ], [ %0, %2 ]
%10 = icmp sgt i32 %9, 1
br i1 %10, label %11, label %56
11: ; preds = %7
%12 = icmp eq i32 %8, 0
%13 = icmp eq i32 %8, 1
br label %14
14: ; preds = %11, %52
%15 = phi i32 [ %1, %11 ], [ %53, %52 ]
%16 = phi i32 [ 1, %11 ], [ %54, %52 ]
br i1 %13, label %52, label %17
17: ; preds = %14
%18 = mul i32 %16, 6
%19 = add i32 %18, -2
%20 = mul i32 %19, %16
br label %21
21: ; preds = %17, %46
%22 = phi i32 [ -1, %17 ], [ %49, %46 ]
%23 = phi i32 [ 1, %17 ], [ %48, %46 ]
%24 = phi i32 [ %15, %17 ], [ %47, %46 ]
%25 = mul i32 %23, 3
%26 = add i32 %25, %18
%27 = mul i32 %26, %23
%28 = add i32 %27, %22
%29 = sdiv i32 %28, 2
%30 = add i32 %27, %20
%31 = add i32 %30, %22
%32 = sdiv i32 %31, 2
%33 = icmp sgt i32 %29, %24
%34 = select i1 %12, i1 %33, i1 false
br i1 %34, label %52, label %35
35: ; preds = %21
%36 = tail call i64 @is_pentagonal(i32 %29)
%37 = icmp eq i64 %36, 0
br i1 %37, label %46, label %38
38: ; preds = %35
%39 = tail call i64 @is_pentagonal(i32 %32)
%40 = icmp eq i64 %39, 0
br i1 %40, label %46, label %41
41: ; preds = %38
%42 = icmp eq i32 %24, 0
br i1 %42, label %56, label %43
43: ; preds = %41
%44 = icmp slt i32 %29, %24
%45 = select i1 %44, i32 %29, i32 %24
br label %46
46: ; preds = %35, %38, %43
%47 = phi i32 [ %45, %43 ], [ %24, %35 ], [ %24, %38 ]
%48 = add nuw nsw i32 %23, 1
%49 = xor i32 %23, -1
%50 = icmp slt i32 %48, %8
%51 = or i1 %12, %50
br i1 %51, label %21, label %52
52: ; preds = %21, %46, %14
%53 = phi i32 [ %15, %14 ], [ %47, %46 ], [ %24, %21 ]
%54 = add nuw nsw i32 %16, 1
%55 = icmp eq i32 %54, %9
br i1 %55, label %56, label %14
56: ; preds = %52, %41, %7
%57 = phi i32 [ %1, %7 ], [ %29, %41 ], [ %53, %52 ]
ret i32 %57
}