void merge_array(int *array, int start, int mid, int end) {
  int i = start, j = mid + 1, k = 0;
  int sub_array[end - start + 1];
  while (k < end - start + 1 & i <= mid & j <= end) {
    if (array[i] < array[j] & i <= mid) {
      sub_array[k] = array[i];
      k = k + 1;
      i = i + 1;
    } else if (array[i] >= array[j] & j <= end) {
      sub_array[k] = array[j];
      k = k + 1;
      j = j + 1;
    }
  }
  while (i <= mid) {
    sub_array[k] = array[i];
    k = k + 1;
    i = i + 1;
  }
  while (j <= end) {
    sub_array[k] = array[j];
    k = k + 1;
    j = j + 1;
  }
  for (k = 0; k <= end - start; k++) {
    array[start + k] = sub_array[k];
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge_array>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    %ecx,-0x14(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
sub    %ecx,%eax
add    $0x1,%eax
mov    %rsp,%rcx
mov    %rcx,-0x28(%rbp)
lea    0xf(,%rax,4),%rdx
and    $0xfffffffffffffff0,%rdx
mov    %rsp,%rcx
sub    %rdx,%rcx
mov    %rcx,-0x38(%rbp)
mov    %rcx,%rsp
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    -0xc(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
setl   %al
and    $0x1,%al
movzbl %al,%eax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
cmp    -0x10(%rbp),%ecx
setle  %cl
and    $0x1,%cl
movzbl %cl,%ecx
and    %ecx,%eax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
cmp    -0x14(%rbp),%ecx
setle  %cl
and    $0x1,%cl
movzbl %cl,%ecx
and    %ecx,%eax
cmp    $0x0,%eax
je     126a <merge_array+0x16a>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
setl   %al
and    $0x1,%al
movzbl %al,%eax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
cmp    -0x10(%rbp),%ecx
setle  %cl
and    $0x1,%cl
movzbl %cl,%ecx
and    %ecx,%eax
cmp    $0x0,%eax
je     1200 <merge_array+0x100>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x18(%rbp),%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1265 <merge_array+0x165>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
setge  %al
and    $0x1,%al
movzbl %al,%eax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
cmp    -0x14(%rbp),%ecx
setle  %cl
and    $0x1,%cl
movzbl %cl,%ecx
and    %ecx,%eax
cmp    $0x0,%eax
je     1260 <merge_array+0x160>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1265 <merge_array+0x165>
jmp    115a <merge_array+0x5a>
jmp    126f <merge_array+0x16f>
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jg     12a8 <merge_array+0x1a8>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x18(%rbp),%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    126f <merge_array+0x16f>
jmp    12ad <merge_array+0x1ad>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jg     12e6 <merge_array+0x1e6>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
mov    (%rcx,%rdx,4),%edx
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    12ad <merge_array+0x1ad>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    -0xc(%rbp),%ecx
cmp    %ecx,%eax
jg     1327 <merge_array+0x227>
mov    -0x38(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
add    -0x20(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    12ed <merge_array+0x1ed>
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    %rax,%rsp
mov    %rbp,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge_array>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x28,%rsp
mov    %edx,%r14d
mov    %esi,%r10d
mov    %rdi,%r13
lea    0x1(%r14),%r15d
mov    %ecx,%edx
sub    %esi,%edx
lea    0x1(%rdx),%r9d
lea    0xf(,%r9,4),%rax
and    $0xfffffffffffffff0,%rax
mov    %rsp,%r11
sub    %rax,%r11
mov    %r11,%rsp
xor    %r12d,%r12d
cmp    %ecx,%r14d
mov    %rdx,-0x30(%rbp)
jge    11b5 <merge_array+0xa5>
test   %edx,%edx
js     11b5 <merge_array+0xa5>
cmp    %r14d,%r10d
jg     11b5 <merge_array+0xa5>
mov    %edx,%r8d
xor    %edx,%edx
mov    %r10d,%eax
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
cltq
mov    0x0(%r13,%rax,4),%esi
movslq %r15d,%r15
mov    0x0(%r13,%r15,4),%edi
mov    %rcx,%r12
xor    %ebx,%ebx
xor    %ecx,%ecx
cmp    %edi,%esi
setl   %bl
setge  %cl
cmovl  %esi,%edi
add    %ecx,%r15d
add    %ebx,%eax
mov    %r12,%rcx
mov    %edi,(%r11,%rdx,4)
lea    0x1(%rdx),%r12
cmp    %ecx,%r15d
jg     11b8 <merge_array+0xa8>
cmp    %r8,%rdx
jae    11b8 <merge_array+0xa8>
mov    %r12,%rdx
cmp    %r14d,%eax
jle    1170 <merge_array+0x60>
jmp    11b8 <merge_array+0xa8>
mov    %r10d,%eax
cmp    %r14d,%eax
mov    %r9,-0x48(%rbp)
jg     1203 <merge_array+0xf3>
mov    %r12d,%edx
lea    (%r11,%rdx,4),%rdi
movslq %eax,%rdx
lea    0x0(,%rdx,4),%rsi
add    %r13,%rsi
sub    %eax,%r14d
lea    0x4(,%r14,4),%rdx
mov    %r10d,-0x34(%rbp)
mov    %rcx,-0x40(%rbp)
mov    %r11,%rbx
call   1030 <memcpy@plt>
mov    %rbx,%r11
mov    -0x40(%rbp),%rcx
mov    -0x34(%rbp),%r10d
add    %r14d,%r12d
add    $0x1,%r12d
mov    -0x30(%rbp),%rax
cmp    %ecx,%r15d
jg     1241 <merge_array+0x131>
mov    %r12d,%eax
lea    (%r11,%rax,4),%rdi
movslq %r15d,%rax
lea    0x0(,%rax,4),%rsi
add    %r13,%rsi
sub    %r15d,%ecx
lea    0x4(,%rcx,4),%rdx
mov    %r10d,%r14d
mov    %r11,%rbx
call   1030 <memcpy@plt>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    %rbx,%r11
mov    %r14d,%r10d
test   %eax,%eax
js     1263 <merge_array+0x153>
movslq %r10d,%rax
lea    0x0(,%rax,4),%rdi
add    %r13,%rdi
mov    -0x48(%rbp),%rdx
shl    $0x2,%rdx
mov    %r11,%rsi
call   1030 <memcpy@plt>
lea    -0x28(%rbp),%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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 i8*
%13 = alloca i64
store i32* %0, i32** %5
store i32 %1, i32* %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
%14 = load i32, i32* %6
store i32 %14, i32* %9
%15 = load i32, i32* %7
%16 = add nsw i32 %15, 1
store i32 %16, i32* %10
store i32 0, i32* %11
%17 = load i32, i32* %8
%18 = load i32, i32* %6
%19 = sub nsw i32 %17, %18
%20 = add nsw i32 %19, 1
%21 = zext i32 %20 to i64
%22 = call i8* @llvm.stacksave()
store i8* %22, i8** %12
%23 = alloca i32, i64 %21
store i64 %21, i64* %13
br label %24
24: ; preds = %108, %4
%25 = load i32, i32* %11
%26 = load i32, i32* %8
%27 = load i32, i32* %6
%28 = sub nsw i32 %26, %27
%29 = add nsw i32 %28, 1
%30 = icmp slt i32 %25, %29
%31 = zext i1 %30 to i32
%32 = load i32, i32* %9
%33 = load i32, i32* %7
%34 = icmp sle i32 %32, %33
%35 = zext i1 %34 to i32
%36 = and i32 %31, %35
%37 = load i32, i32* %10
%38 = load i32, i32* %8
%39 = icmp sle i32 %37, %38
%40 = zext i1 %39 to i32
%41 = and i32 %36, %40
%42 = icmp ne i32 %41, 0
br i1 %42, label %43, label %109
43: ; preds = %24
%44 = load i32*, i32** %5
%45 = load i32, i32* %9
%46 = sext i32 %45 to i64
%47 = getelementptr inbounds i32, i32* %44, i64 %46
%48 = load i32, i32* %47
%49 = load i32*, i32** %5
%50 = load i32, i32* %10
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds i32, i32* %49, i64 %51
%53 = load i32, i32* %52
%54 = icmp slt i32 %48, %53
%55 = zext i1 %54 to i32
%56 = load i32, i32* %9
%57 = load i32, i32* %7
%58 = icmp sle i32 %56, %57
%59 = zext i1 %58 to i32
%60 = and i32 %55, %59
%61 = icmp ne i32 %60, 0
br i1 %61, label %62, label %75
62: ; preds = %43
%63 = load i32*, i32** %5
%64 = load i32, i32* %9
%65 = sext i32 %64 to i64
%66 = getelementptr inbounds i32, i32* %63, i64 %65
%67 = load i32, i32* %66
%68 = load i32, i32* %11
%69 = sext i32 %68 to i64
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %69
store i32 %67, i32* %70
%71 = load i32, i32* %11
%72 = add nsw i32 %71, 1
store i32 %72, i32* %11
%73 = load i32, i32* %9
%74 = add nsw i32 %73, 1
store i32 %74, i32* %9
br label %108
75: ; preds = %43
%76 = load i32*, i32** %5
%77 = load i32, i32* %9
%78 = sext i32 %77 to i64
%79 = getelementptr inbounds i32, i32* %76, i64 %78
%80 = load i32, i32* %79
%81 = load i32*, i32** %5
%82 = load i32, i32* %10
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds i32, i32* %81, i64 %83
%85 = load i32, i32* %84
%86 = icmp sge i32 %80, %85
%87 = zext i1 %86 to i32
%88 = load i32, i32* %10
%89 = load i32, i32* %8
%90 = icmp sle i32 %88, %89
%91 = zext i1 %90 to i32
%92 = and i32 %87, %91
%93 = icmp ne i32 %92, 0
br i1 %93, label %94, label %107
94: ; preds = %75
%95 = load i32*, i32** %5
%96 = load i32, i32* %10
%97 = sext i32 %96 to i64
%98 = getelementptr inbounds i32, i32* %95, i64 %97
%99 = load i32, i32* %98
%100 = load i32, i32* %11
%101 = sext i32 %100 to i64
%102 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %101
store i32 %99, i32* %102
%103 = load i32, i32* %11
%104 = add nsw i32 %103, 1
store i32 %104, i32* %11
%105 = load i32, i32* %10
%106 = add nsw i32 %105, 1
store i32 %106, i32* %10
br label %107
107: ; preds = %94, %75
br label %108
108: ; preds = %107, %62
br label %24
109: ; preds = %24
br label %110
110: ; preds = %114, %109
%111 = load i32, i32* %9
%112 = load i32, i32* %7
%113 = icmp sle i32 %111, %112
br i1 %113, label %114, label %127
114: ; preds = %110
%115 = load i32*, i32** %5
%116 = load i32, i32* %9
%117 = sext i32 %116 to i64
%118 = getelementptr inbounds i32, i32* %115, i64 %117
%119 = load i32, i32* %118
%120 = load i32, i32* %11
%121 = sext i32 %120 to i64
%122 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %121
store i32 %119, i32* %122
%123 = load i32, i32* %11
%124 = add nsw i32 %123, 1
store i32 %124, i32* %11
%125 = load i32, i32* %9
%126 = add nsw i32 %125, 1
store i32 %126, i32* %9
br label %110
127: ; preds = %110
br label %128
128: ; preds = %132, %127
%129 = load i32, i32* %10
%130 = load i32, i32* %8
%131 = icmp sle i32 %129, %130
br i1 %131, label %132, label %145
132: ; preds = %128
%133 = load i32*, i32** %5
%134 = load i32, i32* %10
%135 = sext i32 %134 to i64
%136 = getelementptr inbounds i32, i32* %133, i64 %135
%137 = load i32, i32* %136
%138 = load i32, i32* %11
%139 = sext i32 %138 to i64
%140 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %139
store i32 %137, i32* %140
%141 = load i32, i32* %11
%142 = add nsw i32 %141, 1
store i32 %142, i32* %11
%143 = load i32, i32* %10
%144 = add nsw i32 %143, 1
store i32 %144, i32* %10
br label %128
145: ; preds = %128
store i32 0, i32* %11
br label %146
146: ; preds = %163, %145
%147 = load i32, i32* %11
%148 = load i32, i32* %8
%149 = load i32, i32* %6
%150 = sub nsw i32 %148, %149
%151 = icmp sle i32 %147, %150
br i1 %151, label %152, label %166
152: ; preds = %146
%153 = load i32, i32* %11
%154 = sext i32 %153 to i64
%155 = getelementptr inbounds i32, i32* %23, i64 %154
%156 = load i32, i32* %155
%157 = load i32*, i32** %5
%158 = load i32, i32* %6
%159 = load i32, i32* %11
%160 = add nsw i32 %158, %159
%161 = sext i32 %160 to i64
%162 = getelementptr inbounds i32, i32* %157, i64 %161
store i32 %156, i32* %162
br label %163
163: ; preds = %152
%164 = load i32, i32* %11
%165 = add nsw i32 %164, 1
store i32 %165, i32* %11
br label %146
166: ; preds = %146
%167 = load i8*, i8** %12
ret void
}

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