#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*/ swap(int *, int *);
void sort012(int a[], int arr_size) {
  int lo = 0;
  int hi = arr_size - 1;
  int mid = 0;
  while (mid <= hi) {
    switch (a[mid]) {
    case 0:
      swap(&a[lo++], &a[mid++]);
      break;
    case 1:
      mid++;
      break;
    case 2:
      swap(&a[mid], &a[hi--]);
      break;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<sort012>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x20,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jg     11f8 <sort012+0xe8>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
test   %eax,%eax
je     117f <sort012+0x6f>
jmp    115d <sort012+0x4d>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
sub    $0x1,%eax
je     11b9 <sort012+0xa9>
jmp    116e <sort012+0x5e>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
sub    $0x2,%eax
je     11c7 <sort012+0xb7>
jmp    11f3 <sort012+0xe3>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,-0x10(%rbp)
cltq
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
cltq
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rsi
call   1030 <swap@plt>
jmp    11f3 <sort012+0xe3>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    11f3 <sort012+0xe3>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
movslq -0x18(%rbp),%rax
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,%ecx
add    $0xffffffff,%ecx
mov    %ecx,-0x14(%rbp)
cltq
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rsi
call   1030 <swap@plt>
jmp    1136 <sort012+0x26>
add    $0x20,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<sort012>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %rbx
push   %rax
test   %esi,%esi
jle    1185 <sort012+0x75>
mov    %esi,%r14d
mov    %rdi,%rbx
add    $0xffffffff,%r14d
xor    %ebp,%ebp
xor    %r15d,%r15d
jmp    1148 <sort012+0x38>
nopl   0x0(%rax)
movslq %r14d,%rcx
add    $0xffffffff,%r14d
lea    (%rbx,%rcx,4),%rsi
mov    %rax,%rdi
call   1030 <swap@plt>
cmp    %r14d,%ebp
jg     1185 <sort012+0x75>
movslq %ebp,%rcx
lea    (%rbx,%rcx,4),%rax
mov    (%rbx,%rcx,4),%ecx
cmp    $0x2,%ecx
je     1130 <sort012+0x20>
cmp    $0x1,%ecx
je     1180 <sort012+0x70>
test   %ecx,%ecx
jne    1143 <sort012+0x33>
movslq %r15d,%rcx
add    $0x1,%r15d
lea    (%rbx,%rcx,4),%rdi
add    $0x1,%ebp
mov    %rax,%rsi
jmp    113e <sort012+0x2e>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
add    $0x1,%ebp
jmp    1143 <sort012+0x33>
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @sort012(i32* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32*
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
store i32* %0, i32** %3
store i32 %1, i32* %4
store i32 0, i32* %5
%8 = load i32, i32* %4
%9 = sub nsw i32 %8, 1
store i32 %9, i32* %6
store i32 0, i32* %7
br label %10
10: ; preds = %46, %2
%11 = load i32, i32* %7
%12 = load i32, i32* %6
%13 = icmp sle i32 %11, %12
br i1 %13, label %14, label %47
14: ; preds = %10
%15 = load i32*, i32** %3
%16 = load i32, i32* %7
%17 = sext i32 %16 to i64
%18 = getelementptr inbounds i32, i32* %15, i64 %17
%19 = load i32, i32* %18
switch i32 %19, label %46 [
i32 0, label %20
i32 1, label %32
i32 2, label %35
]
20: ; preds = %14
%21 = load i32*, i32** %3
%22 = load i32, i32* %5
%23 = add nsw i32 %22, 1
store i32 %23, i32* %5
%24 = sext i32 %22 to i64
%25 = getelementptr inbounds i32, i32* %21, i64 %24
%26 = load i32*, i32** %3
%27 = load i32, i32* %7
%28 = add nsw i32 %27, 1
store i32 %28, i32* %7
%29 = sext i32 %27 to i64
%30 = getelementptr inbounds i32, i32* %26, i64 %29
%31 = call i32 @swap(i32* %25, i32* %30)
br label %46
32: ; preds = %14
%33 = load i32, i32* %7
%34 = add nsw i32 %33, 1
store i32 %34, i32* %7
br label %46
35: ; preds = %14
%36 = load i32*, i32** %3
%37 = load i32, i32* %7
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %36, i64 %38
%40 = load i32*, i32** %3
%41 = load i32, i32* %6
%42 = add nsw i32 %41, -1
store i32 %42, i32* %6
%43 = sext i32 %41 to i64
%44 = getelementptr inbounds i32, i32* %40, i64 %43
%45 = call i32 @swap(i32* %39, i32* %44)
br label %46
46: ; preds = %14, %35, %32, %20
br label %10
47: ; preds = %10
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @sort012(i32* %0, i32 %1) {
%3 = icmp slt i32 %1, 1
br i1 %3, label %31, label %4
4: ; preds = %2
%5 = add nsw i32 %1, -1
br label %6
6: ; preds = %4, %26
%7 = phi i32 [ %29, %26 ], [ 0, %4 ]
%8 = phi i32 [ %28, %26 ], [ %5, %4 ]
%9 = phi i32 [ %27, %26 ], [ 0, %4 ]
%10 = sext i32 %7 to i64
%11 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %10
%12 = load i32, i32* %11
switch i32 %12, label %26 [
i32 0, label %13
i32 1, label %19
i32 2, label %21
]
13: ; preds = %6
%14 = add nsw i32 %9, 1
%15 = sext i32 %9 to i64
%16 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %15
%17 = add nsw i32 %7, 1
%18 = tail call i32 @swap(i32* %16, i32* %11)
br label %26
19: ; preds = %6
%20 = add nsw i32 %7, 1
br label %26
21: ; preds = %6
%22 = add nsw i32 %8, -1
%23 = sext i32 %8 to i64
%24 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %23
%25 = tail call i32 @swap(i32* %11, i32* %24)
br label %26
26: ; preds = %6, %21, %19, %13
%27 = phi i32 [ %9, %6 ], [ %9, %21 ], [ %9, %19 ], [ %14, %13 ]
%28 = phi i32 [ %8, %6 ], [ %22, %21 ], [ %8, %19 ], [ %8, %13 ]
%29 = phi i32 [ %7, %6 ], [ %7, %21 ], [ %20, %19 ], [ %17, %13 ]
%30 = icmp sgt i32 %29, %28
br i1 %30, label %31, label %6
31: ; preds = %26, %2
ret void
}