#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 atoi(char *);
int /*<<< orphan*/ fprintf(int /*<<< orphan*/, char *, char *);
int /*<<< orphan*/ free(int *);
long next_collatz_num(long);
int /*<<< orphan*/ printf(char *, int);
int /*<<< orphan*/ stderr;
int *x_malloc(int);
int main(int argc, char **argv) {
  if (argc != 2) {
    fprintf(stderr, "usage: %s <N>\n", argv[0]);
    return 1;
  }
  int N = atoi(argv[1]);
  if (N <= 1)
    return 1;
  int *lengths = x_malloc(N * sizeof(int));
  ;
  int starting_num = 1;
  int max_length = 0;
  lengths[1] = 1;
  for (int i = 2; i < N; i++) {
    int steps = 0;
    long next = i;
    while (next >= i) {
      steps++;
      next = next_collatz_num(next);
    }
    lengths[i] = steps + lengths[next];
    if (lengths[i] > max_length) {
      starting_num = i;
      max_length = lengths[i];
    }
  }
  printf("%d\n", starting_num);
  free(lengths);
  return 0;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<main>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x40,%rsp
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
mov    %edi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
cmpl   $0x2,-0x8(%rbp)
je     11a8 <main+0x48>
mov    0x2e59(%rip),%rax
mov    (%rax),%edi
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    (%rax),%rdx
lea    0xe69(%rip),%rsi
call   1050 <fprintf@plt>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
jmp    12bb <main+0x15b>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    0x8(%rax),%rdi
call   1080 <atoi@plt>
mov    %eax,-0x14(%rbp)
cmpl   $0x1,-0x14(%rbp)
jg     11ce <main+0x6e>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
jmp    12bb <main+0x15b>
movslq -0x14(%rbp),%rax
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edi
call   1060 <x_malloc@plt>
mov    %rax,-0x20(%rbp)
movl   $0x1,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
movl   $0x1,0x4(%rax)
movl   $0x2,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    129c <main+0x13c>
movl   $0x0,-0x30(%rbp)
movslq -0x2c(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
cmp    %rcx,%rax
jl     1248 <main+0xe8>
mov    -0x30(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%rdi
call   1070 <next_collatz_num@plt>
mov    %rax,-0x38(%rbp)
jmp    121c <main+0xbc>
mov    -0x30(%rbp),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x38(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
cmp    -0x28(%rbp),%eax
jle    1289 <main+0x129>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    128e <main+0x12e>
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1201 <main+0xa1>
mov    -0x24(%rbp),%esi
lea    0xd69(%rip),%rdi
call   1040 <printf@plt>
mov    -0x20(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
add    $0x40,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<main>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
push   %rax
cmp    $0x2,%edi
jne    1227 <main+0xc7>
mov    0x8(%rsi),%rdi
call   1080 <atoi@plt>
mov    %eax,%r14d
mov    $0x1,%eax
cmp    $0x2,%r14d
jl     1244 <main+0xe4>
lea    0x0(,%r14,4),%edi
call   1060 <x_malloc@plt>
mov    %rax,%r15
movl   $0x1,0x4(%rax)
mov    $0x1,%r12d
cmp    $0x2,%r14d
je     120c <main+0xac>
mov    %r14d,%r14d
mov    $0x1,%r12d
xor    %r13d,%r13d
mov    $0x2,%ebp
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
mov    %rbp,%rax
xor    %ebx,%ebx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
add    $0x1,%ebx
mov    %rax,%rdi
call   1070 <next_collatz_num@plt>
cmp    %rbp,%rax
jge    11e0 <main+0x80>
add    (%r15,%rax,4),%ebx
mov    %ebx,(%r15,%rbp,4)
cmp    %r13d,%ebx
cmovg  %ebp,%r12d
cmovg  %ebx,%r13d
add    $0x1,%rbp
cmp    %r14,%rbp
jne    11d0 <main+0x70>
lea    0xdfc(%rip),%rdi
mov    %r12d,%esi
call   1040 <printf@plt>
mov    %r15,%rdi
call   1030 <free@plt>
xor    %eax,%eax
jmp    1244 <main+0xe4>
mov    0x2db2(%rip),%rax
mov    (%rax),%edi
mov    (%rsi),%rdx
lea    0xdc6(%rip),%rsi
call   1050 <fprintf@plt>
mov    $0x1,%eax
add    $0x8,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
@stderr = global i32 0
@.str = [15 x i8] c"usage: %s <N>\0A\00"
@.str.1 = [4 x i8] c"%d\0A\00"
define i32 @main(i32 %0, i8** %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca i8**
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32*
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i64
store i32 0, i32* %3
store i32 %0, i32* %4
store i8** %1, i8*** %5
%13 = load i32, i32* %4
%14 = icmp ne i32 %13, 2
br i1 %14, label %15, label %21
15: ; preds = %2
%16 = load i32, i32* @stderr
%17 = load i8**, i8*** %5
%18 = getelementptr inbounds i8*, i8** %17, i64 0
%19 = load i8*, i8** %18
%20 = call i32 @fprintf(i32 %16, i8* getelementptr inbounds ([15 x i8], [15 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i8* %19)
store i32 1, i32* %3
br label %88
21: ; preds = %2
%22 = load i8**, i8*** %5
%23 = getelementptr inbounds i8*, i8** %22, i64 1
%24 = load i8*, i8** %23
%25 = call i32 @atoi(i8* %24)
store i32 %25, i32* %6
%26 = load i32, i32* %6
%27 = icmp sle i32 %26, 1
br i1 %27, label %28, label %29
28: ; preds = %21
store i32 1, i32* %3
br label %88
29: ; preds = %21
%30 = load i32, i32* %6
%31 = sext i32 %30 to i64
%32 = mul i64 %31, 4
%33 = trunc i64 %32 to i32
%34 = call i32* @x_malloc(i32 %33)
store i32* %34, i32** %7
store i32 1, i32* %8
store i32 0, i32* %9
%35 = load i32*, i32** %7
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %35, i64 1
store i32 1, i32* %36
store i32 2, i32* %10
br label %37
37: ; preds = %80, %29
%38 = load i32, i32* %10
%39 = load i32, i32* %6
%40 = icmp slt i32 %38, %39
br i1 %40, label %41, label %83
41: ; preds = %37
store i32 0, i32* %11
%42 = load i32, i32* %10
%43 = sext i32 %42 to i64
store i64 %43, i64* %12
br label %44
44: ; preds = %49, %41
%45 = load i64, i64* %12
%46 = load i32, i32* %10
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = icmp sge i64 %45, %47
br i1 %48, label %49, label %54
49: ; preds = %44
%50 = load i32, i32* %11
%51 = add nsw i32 %50, 1
store i32 %51, i32* %11
%52 = load i64, i64* %12
%53 = call i64 @next_collatz_num(i64 %52)
store i64 %53, i64* %12
br label %44
54: ; preds = %44
%55 = load i32, i32* %11
%56 = load i32*, i32** %7
%57 = load i64, i64* %12
%58 = getelementptr inbounds i32, i32* %56, i64 %57
%59 = load i32, i32* %58
%60 = add nsw i32 %55, %59
%61 = load i32*, i32** %7
%62 = load i32, i32* %10
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %61, i64 %63
store i32 %60, i32* %64
%65 = load i32*, i32** %7
%66 = load i32, i32* %10
%67 = sext i32 %66 to i64
%68 = getelementptr inbounds i32, i32* %65, i64 %67
%69 = load i32, i32* %68
%70 = load i32, i32* %9
%71 = icmp sgt i32 %69, %70
br i1 %71, label %72, label %79
72: ; preds = %54
%73 = load i32, i32* %10
store i32 %73, i32* %8
%74 = load i32*, i32** %7
%75 = load i32, i32* %10
%76 = sext i32 %75 to i64
%77 = getelementptr inbounds i32, i32* %74, i64 %76
%78 = load i32, i32* %77
store i32 %78, i32* %9
br label %79
79: ; preds = %72, %54
br label %80
80: ; preds = %79
%81 = load i32, i32* %10
%82 = add nsw i32 %81, 1
store i32 %82, i32* %10
br label %37
83: ; preds = %37
%84 = load i32, i32* %8
%85 = call i32 @printf(i8* getelementptr inbounds ([4 x i8], [4 x i8]* @.str.1, i64 0, i64 0), i32 %84)
%86 = load i32*, i32** %7
%87 = call i32 @free(i32* %86)
store i32 0, i32* %3
br label %88
88: ; preds = %83, %28, %15
%89 = load i32, i32* %3
ret i32 %89
}

LLVM IR (-O2):
@stderr = global i32 0
@.str = [15 x i8] c"usage: %s <N>\0A\00"
@.str.1 = [4 x i8] c"%d\0A\00"
define i32 @main(i32 %0, i8** nocapture %1) {
%3 = icmp eq i32 %0, 2
br i1 %3, label %8, label %4
4: ; preds = %2
%5 = load i32, i32* @stderr
%6 = load i8*, i8** %1
%7 = tail call i32 @fprintf(i32 %5, i8* getelementptr inbounds ([15 x i8], [15 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i8* %6)
br label %45
8: ; preds = %2
%9 = getelementptr inbounds i8*, i8** %1, i64 1
%10 = load i8*, i8** %9
%11 = tail call i32 @atoi(i8* %10)
%12 = icmp slt i32 %11, 2
br i1 %12, label %45, label %13
13: ; preds = %8
%14 = shl i32 %11, 2
%15 = tail call i32* @x_malloc(i32 %14)
%16 = getelementptr inbounds i32, i32* %15, i64 1
store i32 1, i32* %16
%17 = icmp eq i32 %11, 2
br i1 %17, label %20, label %18
18: ; preds = %13
%19 = zext i32 %11 to i64
br label %24
20: ; preds = %34, %13
%21 = phi i32 [ 1, %13 ], [ %41, %34 ]
%22 = tail call i32 @printf(i8* getelementptr inbounds ([4 x i8], [4 x i8]* @.str.1, i64 0, i64 0), i32 %21)
%23 = tail call i32 @free(i32* %15)
br label %45
24: ; preds = %18, %34
%25 = phi i64 [ 2, %18 ], [ %43, %34 ]
%26 = phi i32 [ 0, %18 ], [ %42, %34 ]
%27 = phi i32 [ 1, %18 ], [ %41, %34 ]
br label %28
28: ; preds = %24, %28
%29 = phi i64 [ %25, %24 ], [ %32, %28 ]
%30 = phi i32 [ 0, %24 ], [ %31, %28 ]
%31 = add nuw nsw i32 %30, 1
%32 = tail call i64 @next_collatz_num(i64 %29)
%33 = icmp slt i64 %32, %25
br i1 %33, label %34, label %28
34: ; preds = %28
%35 = getelementptr inbounds i32, i32* %15, i64 %32
%36 = load i32, i32* %35
%37 = add nsw i32 %36, %31
%38 = getelementptr inbounds i32, i32* %15, i64 %25
store i32 %37, i32* %38
%39 = icmp sgt i32 %37, %26
%40 = trunc i64 %25 to i32
%41 = select i1 %39, i32 %40, i32 %27
%42 = select i1 %39, i32 %37, i32 %26
%43 = add nuw nsw i64 %25, 1
%44 = icmp eq i64 %43, %19
br i1 %44, label %20, label %24
45: ; preds = %20, %8, %4
%46 = phi i32 [ 1, %4 ], [ 0, %20 ], [ 1, %8 ]
ret i32 %46
}