#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*/ free(int *);
int *malloc(int);
void merge_array(int *list1, int list1_size, int *list2, int list2_size) {
  int i, j, k;
  i = j = k = 0;
  int *list = malloc((list1_size + list2_size) * sizeof(int));
  while (i < list1_size && j < list2_size) {
    list[k++] = list1[i] < list2[j] ? list1[i++] : list2[j++];
  }
  while (i < list1_size) {
    list[k++] = list1[i++];
  }
  while (j < list2_size) {
    list[k++] = list2[j++];
  }
  for (int ii = 0; ii < (list1_size + list2_size); ++ii) {
    list1[ii] = list[ii];
  }
  free(list);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge_array>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %ecx,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
add    -0x1c(%rbp),%eax
cltq
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edi
call   1040 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%ecx
xor    %eax,%eax
cmp    -0xc(%rbp),%ecx
mov    %al,-0x35(%rbp)
jge    117f <merge_array+0x5f>
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
setl   %al
mov    %al,-0x35(%rbp)
mov    -0x35(%rbp),%al
test   $0x1,%al
jne    118f <merge_array+0x6f>
jmp    11fd <merge_array+0xdd>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x18(%rbp),%rcx
movslq -0x24(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
jge    11c8 <merge_array+0xa8>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
jmp    11e0 <merge_array+0xc0>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x24(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
mov    -0x3c(%rbp),%edx
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x28(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1162 <merge_array+0x42>
jmp    1202 <merge_array+0xe2>
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    123d <merge_array+0x11d>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x28(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1202 <merge_array+0xe2>
jmp    1242 <merge_array+0x122>
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    127d <merge_array+0x15d>
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%edx
add    $0x1,%edx
mov    %edx,-0x24(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x28(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    1242 <merge_array+0x122>
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
add    -0x1c(%rbp),%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    12b9 <merge_array+0x199>
mov    -0x30(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x34(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    1284 <merge_array+0x164>
mov    -0x30(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
add    $0x40,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge_array>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x28,%rsp
mov    %ecx,%ebx
mov    %rdx,(%rsp)
mov    %esi,%r13d
mov    %rdi,%r14
lea    (%rbx,%r13,1),%r15d
lea    0x0(,%r15,4),%edi
call   1050 <malloc@plt>
xor    %ebp,%ebp
test   %r13d,%r13d
mov    %r15,0x10(%rsp)
jle    11cc <merge_array+0x9c>
mov    $0x0,%r12d
mov    $0x0,%r15d
test   %ebx,%ebx
mov    (%rsp),%r8
jle    11d6 <merge_array+0xa6>
xor    %r12d,%r12d
xor    %r15d,%r15d
xor    %ebp,%ebp
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
mov    %ebp,%edi
mov    %r15d,%ecx
mov    %r15d,%edx
mov    (%r14,%rdx,4),%edx
mov    %ebp,%esi
mov    (%r8,%rsi,4),%esi
xor    %r15d,%r15d
xor    %ebp,%ebp
cmp    %esi,%edx
setl   %r15b
setge  %bpl
cmovl  %edx,%esi
add    %edi,%ebp
add    %ecx,%r15d
mov    %esi,(%rax,%r12,4)
add    $0x1,%r12
cmp    %r13d,%r15d
jge    11d6 <merge_array+0xa6>
cmp    %ebx,%ebp
jl     1190 <merge_array+0x60>
jmp    11d6 <merge_array+0xa6>
xor    %r12d,%r12d
xor    %r15d,%r15d
mov    (%rsp),%r8
cmp    %r13d,%r15d
mov    %rax,0x8(%rsp)
jge    122c <merge_array+0xfc>
mov    %rbx,0x18(%rsp)
mov    %r12d,%r12d
lea    (%rax,%r12,4),%rdi
mov    %r14,%rax
mov    %r15d,%r14d
mov    %rax,0x20(%rsp)
lea    (%rax,%r14,4),%rsi
not    %r15d
add    %r13d,%r15d
lea    0x4(,%r15,4),%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
cmp    $0x3,%r15d
jae    123e <merge_array+0x10e>
mov    0x8(%rsp),%rax
mov    0x10(%rsp),%r15
mov    (%rsp),%r8
mov    0x18(%rsp),%rbx
jmp    12f0 <merge_array+0x1c0>
mov    0x10(%rsp),%r15
cmp    %ebx,%ebp
jl     1306 <merge_array+0x1d6>
jmp    1329 <merge_array+0x1f9>
lea    0x1(%r15),%r8
mov    %r8,%rcx
and    $0xfffffffffffffffc,%rcx
movd   %r12d,%xmm0
lea    -0x4(%rcx),%rdi
mov    %rdi,%rsi
shr    $0x2,%rsi
add    $0x1,%rsi
mov    %esi,%edx
and    $0x7,%edx
cmp    $0x1c,%rdi
mov    0x8(%rsp),%rax
mov    0x10(%rsp),%r15
jae    1278 <merge_array+0x148>
pxor   %xmm1,%xmm1
jmp    129e <merge_array+0x16e>
and    $0xfffffffffffffff8,%rsi
pxor   %xmm1,%xmm1
movdqa 0xd78(%rip),%xmm2
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
paddq  %xmm2,%xmm0
paddq  %xmm2,%xmm1
add    $0xfffffffffffffff8,%rsi
jne    1290 <merge_array+0x160>
test   %rdx,%rdx
je     12be <merge_array+0x18e>
pcmpeqd %xmm2,%xmm2
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
psubq  %xmm2,%xmm0
psubq  %xmm2,%xmm1
add    $0xffffffffffffffff,%rdx
jne    12b0 <merge_array+0x180>
paddq  %xmm1,%xmm0
pshufd $0xee,%xmm0,%xmm1
paddq  %xmm0,%xmm1
movq   %xmm1,%r12
cmp    %rcx,%r8
mov    (%rsp),%r8
mov    0x18(%rsp),%rbx
je     12fd <merge_array+0x1cd>
add    %rcx,%r14
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r12
add    $0x1,%r14d
cmp    %r13d,%r14d
jl     12f0 <merge_array+0x1c0>
mov    0x20(%rsp),%r14
cmp    %ebx,%ebp
jge    1329 <merge_array+0x1f9>
mov    %r12d,%ecx
lea    (%rax,%rcx,4),%rdi
mov    %ebp,%eax
lea    (%r8,%rax,4),%rsi
not    %ebp
add    %ebx,%ebp
lea    0x4(,%rbp,4),%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
mov    0x8(%rsp),%rax
test   %r15d,%r15d
jle    134a <merge_array+0x21a>
add    $0xffffffff,%r15d
lea    0x4(,%r15,4),%rdx
mov    %r14,%rdi
mov    %rax,%rsi
call   1040 <memcpy@plt>
mov    0x8(%rsp),%rax
mov    %rax,%rdi
add    $0x28,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
jmp    1030 <free@plt>

LLVM IR (-O0):
define void @merge_array(i32* %0, i32 %1, i32* %2, i32 %3) {
%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
store i32* %0, i32** %5
store i32 %1, i32* %6
store i32* %2, i32** %7
store i32 %3, i32* %8
store i32 0, i32* %11
store i32 0, i32* %10
store i32 0, i32* %9
%14 = load i32, i32* %6
%15 = load i32, i32* %8
%16 = add nsw i32 %14, %15
%17 = sext i32 %16 to i64
%18 = mul i64 %17, 4
%19 = trunc i64 %18 to i32
%20 = call i32* @malloc(i32 %19)
store i32* %20, i32** %12
br label %21
21: ; preds = %57, %4
%22 = load i32, i32* %9
%23 = load i32, i32* %6
%24 = icmp slt i32 %22, %23
br i1 %24, label %25, label %29
25: ; preds = %21
%26 = load i32, i32* %10
%27 = load i32, i32* %8
%28 = icmp slt i32 %26, %27
br label %29
29: ; preds = %25, %21
%30 = phi i1 [ false, %21 ], [ %28, %25 ]
br i1 %30, label %31, label %64
31: ; preds = %29
%32 = load i32*, i32** %5
%33 = load i32, i32* %9
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds i32, i32* %32, i64 %34
%36 = load i32, i32* %35
%37 = load i32*, i32** %7
%38 = load i32, i32* %10
%39 = sext i32 %38 to i64
%40 = getelementptr inbounds i32, i32* %37, i64 %39
%41 = load i32, i32* %40
%42 = icmp slt i32 %36, %41
br i1 %42, label %43, label %50
43: ; preds = %31
%44 = load i32*, i32** %5
%45 = load i32, i32* %9
%46 = add nsw i32 %45, 1
store i32 %46, i32* %9
%47 = sext i32 %45 to i64
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %44, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
br label %57
50: ; preds = %31
%51 = load i32*, i32** %7
%52 = load i32, i32* %10
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %10
%54 = sext i32 %52 to i64
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %51, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
br label %57
57: ; preds = %50, %43
%58 = phi i32 [ %49, %43 ], [ %56, %50 ]
%59 = load i32*, i32** %12
%60 = load i32, i32* %11
%61 = add nsw i32 %60, 1
store i32 %61, i32* %11
%62 = sext i32 %60 to i64
%63 = getelementptr inbounds i32, i32* %59, i64 %62
store i32 %58, i32* %63
br label %21
64: ; preds = %29
br label %65
65: ; preds = %69, %64
%66 = load i32, i32* %9
%67 = load i32, i32* %6
%68 = icmp slt i32 %66, %67
br i1 %68, label %69, label %81
69: ; preds = %65
%70 = load i32*, i32** %5
%71 = load i32, i32* %9
%72 = add nsw i32 %71, 1
store i32 %72, i32* %9
%73 = sext i32 %71 to i64
%74 = getelementptr inbounds i32, i32* %70, i64 %73
%75 = load i32, i32* %74
%76 = load i32*, i32** %12
%77 = load i32, i32* %11
%78 = add nsw i32 %77, 1
store i32 %78, i32* %11
%79 = sext i32 %77 to i64
%80 = getelementptr inbounds i32, i32* %76, i64 %79
store i32 %75, i32* %80
br label %65
81: ; preds = %65
br label %82
82: ; preds = %86, %81
%83 = load i32, i32* %10
%84 = load i32, i32* %8
%85 = icmp slt i32 %83, %84
br i1 %85, label %86, label %98
86: ; preds = %82
%87 = load i32*, i32** %7
%88 = load i32, i32* %10
%89 = add nsw i32 %88, 1
store i32 %89, i32* %10
%90 = sext i32 %88 to i64
%91 = getelementptr inbounds i32, i32* %87, i64 %90
%92 = load i32, i32* %91
%93 = load i32*, i32** %12
%94 = load i32, i32* %11
%95 = add nsw i32 %94, 1
store i32 %95, i32* %11
%96 = sext i32 %94 to i64
%97 = getelementptr inbounds i32, i32* %93, i64 %96
store i32 %92, i32* %97
br label %82
98: ; preds = %82
store i32 0, i32* %13
br label %99
99: ; preds = %115, %98
%100 = load i32, i32* %13
%101 = load i32, i32* %6
%102 = load i32, i32* %8
%103 = add nsw i32 %101, %102
%104 = icmp slt i32 %100, %103
br i1 %104, label %105, label %118
105: ; preds = %99
%106 = load i32*, i32** %12
%107 = load i32, i32* %13
%108 = sext i32 %107 to i64
%109 = getelementptr inbounds i32, i32* %106, i64 %108
%110 = load i32, i32* %109
%111 = load i32*, i32** %5
%112 = load i32, i32* %13
%113 = sext i32 %112 to i64
%114 = getelementptr inbounds i32, i32* %111, i64 %113
store i32 %110, i32* %114
br label %115
115: ; preds = %105
%116 = load i32, i32* %13
%117 = add nsw i32 %116, 1
store i32 %117, i32* %13
br label %99
118: ; preds = %99
%119 = load i32*, i32** %12
%120 = call i32 @free(i32* %119)
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @merge_array(i32* nocapture %0, i32 %1, i32* nocapture %2, i32 %3) {
%5 = bitcast i32* %0 to i8*
%6 = add i32 %3, %1
%7 = shl i32 %6, 2
%8 = tail call i32* @malloc(i32 %7)
%9 = bitcast i32* %8 to i8*
%10 = icmp sgt i32 %1, 0
%11 = icmp sgt i32 %3, 0
%12 = and i1 %10, %11
br i1 %12, label %79, label %15
13: ; preds = %79
%14 = trunc i64 %96 to i32
br label %15
15: ; preds = %13, %4
%16 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %92, %13 ]
%17 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %14, %13 ]
%18 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %94, %13 ]
%19 = icmp slt i32 %18, %1
br i1 %19, label %20, label %104
20: ; preds = %15
%21 = zext i32 %17 to i64
%22 = getelementptr i32, i32* %8, i64 %21
%23 = bitcast i32* %22 to i8*
%24 = zext i32 %18 to i64
%25 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %24
%26 = bitcast i32* %25 to i8*
%27 = xor i32 %18, -1
%28 = add i32 %27, %1
%29 = zext i32 %28 to i64
%30 = shl nuw nsw i64 %29, 2
%31 = add nuw nsw i64 %30, 4
%32 = xor i32 %18, -1
%33 = add i32 %32, %1
%34 = zext i32 %33 to i64
%35 = add nuw nsw i64 %34, 1
%36 = icmp ult i32 %33, 3
br i1 %36, label %76, label %37
37: ; preds = %20
%38 = and i64 %35, 8589934588
%39 = add nuw nsw i64 %38, %24
%40 = insertelement <2 x i64> <i64 poison, i64 0>, i64 %21, i64 0
%41 = add nsw i64 %38, -4
%42 = lshr exact i64 %41, 2
%43 = add nuw nsw i64 %42, 1
%44 = and i64 %43, 7
%45 = icmp ult i64 %41, 28
br i1 %45, label %56, label %46
46: ; preds = %37
%47 = and i64 %43, 9223372036854775800
br label %48
48: ; preds = %48, %46
%49 = phi <2 x i64> [ %40, %46 ], [ %52, %48 ]
%50 = phi <2 x i64> [ zeroinitializer, %46 ], [ %53, %48 ]
%51 = phi i64 [ 0, %46 ], [ %54, %48 ]
%52 = add <2 x i64> %49, <i64 8, i64 8>
%53 = add <2 x i64> %50, <i64 8, i64 8>
%54 = add i64 %51, 8
%55 = icmp eq i64 %54, %47
br i1 %55, label %56, label %48
56: ; preds = %48, %37
%57 = phi <2 x i64> [ undef, %37 ], [ %52, %48 ]
%58 = phi <2 x i64> [ undef, %37 ], [ %53, %48 ]
%59 = phi <2 x i64> [ %40, %37 ], [ %52, %48 ]
%60 = phi <2 x i64> [ zeroinitializer, %37 ], [ %53, %48 ]
%61 = icmp eq i64 %44, 0
br i1 %61, label %70, label %62
62: ; preds = %56, %62
%63 = phi <2 x i64> [ %66, %62 ], [ %59, %56 ]
%64 = phi <2 x i64> [ %67, %62 ], [ %60, %56 ]
%65 = phi i64 [ %68, %62 ], [ 0, %56 ]
%66 = add <2 x i64> %63, <i64 1, i64 1>
%67 = add <2 x i64> %64, <i64 1, i64 1>
%68 = add i64 %65, 1
%69 = icmp eq i64 %68, %44
br i1 %69, label %70, label %62
70: ; preds = %62, %56
%71 = phi <2 x i64> [ %57, %56 ], [ %66, %62 ]
%72 = phi <2 x i64> [ %58, %56 ], [ %67, %62 ]
%73 = add <2 x i64> %72, %71
%74 = call i64 @llvm.vector.reduce.add.v2i64(<2 x i64> %73)
%75 = icmp eq i64 %35, %38
br i1 %75, label %101, label %76
76: ; preds = %20, %70
%77 = phi i64 [ %21, %20 ], [ %74, %70 ]
%78 = phi i64 [ %24, %20 ], [ %39, %70 ]
br label %119
79: ; preds = %4, %79
%80 = phi i64 [ %96, %79 ], [ 0, %4 ]
%81 = phi i32 [ %94, %79 ], [ 0, %4 ]
%82 = phi i32 [ %92, %79 ], [ 0, %4 ]
%83 = zext i32 %81 to i64
%84 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %83
%85 = load i32, i32* %84
%86 = zext i32 %82 to i64
%87 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %86
%88 = load i32, i32* %87
%89 = icmp slt i32 %85, %88
%90 = xor i1 %89, true
%91 = zext i1 %90 to i32
%92 = add nuw nsw i32 %82, %91
%93 = zext i1 %89 to i32
%94 = add nuw nsw i32 %81, %93
%95 = select i1 %89, i32 %85, i32 %88
%96 = add nuw i64 %80, 1
%97 = getelementptr inbounds i32, i32* %8, i64 %80
store i32 %95, i32* %97
%98 = icmp slt i32 %94, %1
%99 = icmp slt i32 %92, %3
%100 = select i1 %98, i1 %99, i1 false
br i1 %100, label %79, label %13
101: ; preds = %119, %70
%102 = phi i64 [ %74, %70 ], [ %123, %119 ]
%103 = trunc i64 %102 to i32
br label %104
104: ; preds = %101, %15
%105 = phi i32 [ %17, %15 ], [ %103, %101 ]
%106 = icmp slt i32 %16, %3
br i1 %106, label %107, label %126
107: ; preds = %104
%108 = zext i32 %105 to i64
%109 = getelementptr i32, i32* %8, i64 %108
%110 = bitcast i32* %109 to i8*
%111 = zext i32 %16 to i64
%112 = getelementptr i32, i32* %2, i64 %111
%113 = bitcast i32* %112 to i8*
%114 = xor i32 %16, -1
%115 = add i32 %114, %3
%116 = zext i32 %115 to i64
%117 = shl nuw nsw i64 %116, 2
%118 = add nuw nsw i64 %117, 4
br label %126
119: ; preds = %76, %119
%120 = phi i64 [ %123, %119 ], [ %77, %76 ]
%121 = phi i64 [ %122, %119 ], [ %78, %76 ]
%122 = add nuw nsw i64 %121, 1
%123 = add nuw nsw i64 %120, 1
%124 = trunc i64 %122 to i32
%125 = icmp slt i32 %124, %1
br i1 %125, label %119, label %101
126: ; preds = %107, %104
%127 = icmp sgt i32 %6, 0
br i1 %127, label %128, label %133
128: ; preds = %126
%129 = add nsw i32 %6, -1
%130 = zext i32 %129 to i64
%131 = shl nuw nsw i64 %130, 2
%132 = add nuw nsw i64 %131, 4
br label %133
133: ; preds = %128, %126
%134 = tail call i32 @free(i32* %8)
ret void
}