#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 *);
scalar_t__ malloc(size_t);
int /*<<< orphan*/ memcpy(int *, int *, size_t);
void merge(int a[], size_t p, size_t q, size_t r) {
  size_t n1 = q - p + 1;
  size_t n2 = r - q;
  size_t i, j;
  int *a1 = (int *)malloc(n1 * sizeof(int));
  int *a2 = (int *)malloc(n2 * sizeof(int));
  memcpy(a1, &a[p], n1 * sizeof(int));
  memcpy(a2, &a[q + 1], n2 * sizeof(int));
  i = j = 0;
  for (int k = p; k <= r; ++k) {
    if (i == n1) {
      a[k] = a2[j];
      ++j;
      continue;
    }
    if (j == n2) {
      a[k] = a1[i];
      ++i;
      continue;
    }
    if (a1[i] <= a2[j]) {
      a[k] = a1[i++];
    } else {
      a[k] = a2[j++];
    }
  }
  free(a1);
  free(a2);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<merge>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x60,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%rax
sub    -0x10(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
sub    -0x18(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%rdi
shl    $0x2,%rdi
call   1050 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x48(%rbp)
mov    -0x30(%rbp),%rdi
shl    $0x2,%rdi
call   1050 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x50(%rbp)
mov    -0x48(%rbp),%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0x10(%rbp),%rax
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rsi
mov    -0x28(%rbp),%rdx
shl    $0x2,%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
mov    -0x50(%rbp),%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0x18(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
shl    $0x2,%rax
add    %rax,%rsi
mov    -0x30(%rbp),%rdx
shl    $0x2,%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
movq   $0x0,-0x40(%rbp)
movq   $0x0,-0x38(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    %eax,-0x54(%rbp)
movslq -0x54(%rbp),%rax
cmp    -0x20(%rbp),%rax
ja     12cf <merge+0x19f>
mov    -0x38(%rbp),%rax
cmp    -0x28(%rbp),%rax
jne    1224 <merge+0xf4>
mov    -0x50(%rbp),%rax
mov    -0x40(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x54(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x40(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x40(%rbp)
jmp    12c1 <merge+0x191>
mov    -0x40(%rbp),%rax
cmp    -0x30(%rbp),%rax
jne    1259 <merge+0x129>
mov    -0x48(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x54(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x38(%rbp),%rax
add    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
jmp    12c1 <merge+0x191>
mov    -0x48(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x50(%rbp),%rcx
mov    -0x40(%rbp),%rdx
cmp    (%rcx,%rdx,4),%eax
jg     129b <merge+0x16b>
mov    -0x48(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
mov    %rcx,%rdx
add    $0x1,%rdx
mov    %rdx,-0x38(%rbp)
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x54(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    12bc <merge+0x18c>
mov    -0x50(%rbp),%rax
mov    -0x40(%rbp),%rcx
mov    %rcx,%rdx
add    $0x1,%rdx
mov    %rdx,-0x40(%rbp)
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x54(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
jmp    12c1 <merge+0x191>
mov    -0x54(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x54(%rbp)
jmp    11e1 <merge+0xb1>
mov    -0x48(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
mov    -0x50(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
add    $0x60,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<merge>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x28,%rsp
mov    %rcx,%r14
mov    %rsi,0x8(%rsp)
mov    %rdi,%rbx
mov    %rdx,0x20(%rsp)
mov    %rdx,%rbp
sub    %rsi,%rbp
mov    %rcx,%r13
sub    %rdx,%r13
lea    0x4(,%rbp,4),%rdi
mov    %rdi,0x18(%rsp)
call   1050 <malloc@plt>
mov    %rax,%r15
lea    0x0(,%r13,4),%rdi
mov    %rdi,0x10(%rsp)
call   1050 <malloc@plt>
mov    %rax,%r12
mov    0x8(%rsp),%rax
lea    (%rbx,%rax,4),%rsi
mov    %r15,%rdi
mov    0x18(%rsp),%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
mov    0x20(%rsp),%rax
lea    (%rbx,%rax,4),%rsi
add    $0x4,%rsi
mov    %r12,%rdi
mov    0x10(%rsp),%rdx
call   1040 <memcpy@plt>
movslq 0x8(%rsp),%rax
cmp    %r14,%rax
jbe    11dc <merge+0xac>
mov    %r15,%rdi
call   1030 <free@plt>
mov    %r12,%rdi
add    $0x28,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
jmp    1030 <free@plt>
add    $0x1,%rbp
xor    %ecx,%ecx
xor    %edx,%edx
jmp    1207 <merge+0xd7>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%r12,%rdx,4),%ecx
mov    %ecx,(%rbx,%rax,4)
add    $0x1,%rdx
mov    %rbp,%rcx
add    $0x1,%rax
cmp    %r14,%rax
ja     11be <merge+0x8e>
cmp    %rbp,%rcx
je     11f0 <merge+0xc0>
mov    (%r15,%rcx,4),%esi
cmp    %r13,%rdx
jne    1230 <merge+0x100>
mov    %esi,(%rbx,%rax,4)
add    $0x1,%rcx
mov    %r13,%rdx
jmp    11fe <merge+0xce>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    (%r12,%rdx,4),%edi
cmp    %edi,%esi
jle    1241 <merge+0x111>
add    $0x1,%rdx
mov    %edi,(%rbx,%rax,4)
jmp    11fe <merge+0xce>
add    $0x1,%rcx
mov    %esi,(%rbx,%rax,4)
jmp    11fe <merge+0xce>

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

LLVM IR (-O2):
define void @merge(i32* %0, i64 %1, i64 %2, i64 %3) {
%5 = sub i64 %2, %1
%6 = add i64 %5, 1
%7 = sub i64 %3, %2
%8 = shl i64 %6, 2
%9 = tail call i64 @malloc(i64 %8)
%10 = inttoptr i64 %9 to i32*
%11 = shl i64 %7, 2
%12 = tail call i64 @malloc(i64 %11)
%13 = inttoptr i64 %12 to i32*
%14 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %1
%15 = tail call i32 @memcpy(i32* %10, i32* %14, i64 %8)
%16 = add i64 %2, 1
%17 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %16
%18 = tail call i32 @memcpy(i32* %13, i32* %17, i64 %11)
%19 = shl i64 %1, 32
%20 = ashr exact i64 %19, 32
%21 = icmp ugt i64 %20, %3
br i1 %21, label %22, label %25
22: ; preds = %52, %4
%23 = tail call i32 @free(i32* %10)
%24 = tail call i32 @free(i32* %13)
ret void
25: ; preds = %4, %52
%26 = phi i64 [ %55, %52 ], [ %20, %4 ]
%27 = phi i64 [ %54, %52 ], [ 0, %4 ]
%28 = phi i64 [ %53, %52 ], [ 0, %4 ]
%29 = icmp eq i64 %27, %6
br i1 %29, label %30, label %35
30: ; preds = %25
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %13, i64 %28
%32 = load i32, i32* %31
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %26
store i32 %32, i32* %33
%34 = add i64 %28, 1
br label %52
35: ; preds = %25
%36 = icmp eq i64 %28, %7
%37 = getelementptr inbounds i32, i32* %10, i64 %27
%38 = load i32, i32* %37
br i1 %36, label %39, label %42
39: ; preds = %35
%40 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %26
store i32 %38, i32* %40
%41 = add i64 %27, 1
br label %52
42: ; preds = %35
%43 = getelementptr inbounds i32, i32* %13, i64 %28
%44 = load i32, i32* %43
%45 = icmp sgt i32 %38, %44
br i1 %45, label %49, label %46
46: ; preds = %42
%47 = add i64 %27, 1
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %26
store i32 %38, i32* %48
br label %52
49: ; preds = %42
%50 = add i64 %28, 1
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %26
store i32 %44, i32* %51
br label %52
52: ; preds = %46, %49, %39, %30
%53 = phi i64 [ %34, %30 ], [ %7, %39 ], [ %28, %46 ], [ %50, %49 ]
%54 = phi i64 [ %6, %30 ], [ %41, %39 ], [ %47, %46 ], [ %27, %49 ]
%55 = add i64 %26, 1
%56 = icmp ugt i64 %55, %3
br i1 %56, label %22, label %25
}