void transpose(int M, int A[M][M]) {
  int i, j;
  for (i = 0; i < M; i++) {
    int *col = &A[0][i];
    for (j = 0; j < i; j++) {
      int t = A[i][j];
      A[i][j] = *col;
      col += M;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<transpose>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0x4(%rbp),%eax
jge    11d1 <transpose+0xd1>
mov    -0x30(%rbp),%rcx
mov    -0x10(%rbp),%rax
imul   $0x0,%rcx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    11be <transpose+0xbe>
mov    -0x30(%rbp),%rsi
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
imul   %rsi,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    (%rax),%edx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x14(%rbp),%rcx
imul   %rsi,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x4(%rbp),%ecx
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    114e <transpose+0x4e>
jmp    11c3 <transpose+0xc3>
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1119 <transpose+0x19>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<transpose>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %rbx
test   %edi,%edi
jle    11e7 <transpose+0xe7>
mov    %edi,%r9d
lea    0xc(%rsi),%rcx
lea    0x0(,%r9,4),%rdx
mov    %r9,%r8
shl    $0x4,%r8
xor    %r14d,%r14d
mov    %rsi,%r11
mov    %rsi,%r10
jmp    1147 <transpose+0x47>
nop
add    $0x1,%r14
add    %rdx,%rcx
add    $0x4,%r10
add    %rdx,%r11
cmp    %r9,%r14
je     11e7 <transpose+0xe7>
test   %r14,%r14
je     1130 <transpose+0x30>
lea    -0x1(%r14),%rax
cmp    $0x3,%rax
jae    1170 <transpose+0x70>
lea    (%rsi,%r14,4),%rdi
xor    %ebx,%ebx
test   $0x3,%r14b
jne    11c0 <transpose+0xc0>
jmp    1130 <transpose+0x30>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    %r14,%r15
and    $0xfffffffffffffffc,%r15
mov    %r10,%rax
xor    %ebx,%ebx
nopl   0x0(%rax)
mov    %rax,%rdi
mov    (%rax),%eax
mov    %eax,-0xc(%rcx,%rbx,4)
lea    (%rdi,%rdx,1),%rax
mov    (%rdi,%rdx,1),%ebp
mov    %ebp,-0x8(%rcx,%rbx,4)
mov    (%rdx,%rax,1),%ebp
add    %rdx,%rax
mov    %ebp,-0x4(%rcx,%rbx,4)
mov    (%rdx,%rax,1),%ebp
add    %rdx,%rax
mov    %ebp,(%rcx,%rbx,4)
add    $0x4,%rbx
add    %rdx,%rax
cmp    %rbx,%r15
jne    1180 <transpose+0x80>
add    %r8,%rdi
test   $0x3,%r14b
je     1130 <transpose+0x30>
mov    %r14d,%eax
and    $0x3,%eax
lea    (%r11,%rbx,4),%r15
xor    %ebx,%ebx
nopl   0x0(%rax)
mov    (%rdi),%ebp
mov    %ebp,(%r15,%rbx,4)
add    $0x1,%rbx
add    %rdx,%rdi
cmp    %rbx,%rax
jne    11d0 <transpose+0xd0>
jmp    1130 <transpose+0x30>
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @transpose(i32 %0, i32* %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32*
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32*
%8 = alloca i32
store i32 %0, i32* %3
store i32* %1, i32** %4
%9 = load i32, i32* %3
%10 = zext i32 %9 to i64
%11 = load i32, i32* %3
%12 = zext i32 %11 to i64
store i32 0, i32* %5
br label %13
13: ; preds = %56, %2
%14 = load i32, i32* %5
%15 = load i32, i32* %3
%16 = icmp slt i32 %14, %15
br i1 %16, label %17, label %59
17: ; preds = %13
%18 = load i32*, i32** %4
%19 = mul nsw i64 0, %12
%20 = getelementptr inbounds i32, i32* %18, i64 %19
%21 = load i32, i32* %5
%22 = sext i32 %21 to i64
%23 = getelementptr inbounds i32, i32* %20, i64 %22
store i32* %23, i32** %7
store i32 0, i32* %6
br label %24
24: ; preds = %52, %17
%25 = load i32, i32* %6
%26 = load i32, i32* %5
%27 = icmp slt i32 %25, %26
br i1 %27, label %28, label %55
28: ; preds = %24
%29 = load i32*, i32** %4
%30 = load i32, i32* %5
%31 = sext i32 %30 to i64
%32 = mul nsw i64 %31, %12
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %32
%34 = load i32, i32* %6
%35 = sext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %33, i64 %35
%37 = load i32, i32* %36
store i32 %37, i32* %8
%38 = load i32*, i32** %7
%39 = load i32, i32* %38
%40 = load i32*, i32** %4
%41 = load i32, i32* %5
%42 = sext i32 %41 to i64
%43 = mul nsw i64 %42, %12
%44 = getelementptr inbounds i32, i32* %40, i64 %43
%45 = load i32, i32* %6
%46 = sext i32 %45 to i64
%47 = getelementptr inbounds i32, i32* %44, i64 %46
store i32 %39, i32* %47
%48 = load i32, i32* %3
%49 = load i32*, i32** %7
%50 = sext i32 %48 to i64
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %49, i64 %50
store i32* %51, i32** %7
br label %52
52: ; preds = %28
%53 = load i32, i32* %6
%54 = add nsw i32 %53, 1
store i32 %54, i32* %6
br label %24
55: ; preds = %24
br label %56
56: ; preds = %55
%57 = load i32, i32* %5
%58 = add nsw i32 %57, 1
store i32 %58, i32* %5
br label %13
59: ; preds = %13
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @transpose(i32 %0, i32* nocapture %1) {
%3 = zext i32 %0 to i64
%4 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %4, label %5, label %58
5: ; preds = %2
%6 = zext i32 %0 to i64
br label %7
7: ; preds = %5, %55
%8 = phi i64 [ 0, %5 ], [ %56, %55 ]
%9 = icmp eq i64 %8, 0
br i1 %9, label %55, label %10
10: ; preds = %7
%11 = add nsw i64 %8, -1
%12 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %8
%13 = mul nuw nsw i64 %8, %3
%14 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %13
%15 = and i64 %8, 3
%16 = icmp ult i64 %11, 3
br i1 %16, label %41, label %17
17: ; preds = %10
%18 = and i64 %8, 9223372036854775804
br label %19
19: ; preds = %19, %17
%20 = phi i64 [ 0, %17 ], [ %38, %19 ]
%21 = phi i32* [ %12, %17 ], [ %37, %19 ]
%22 = phi i64 [ 0, %17 ], [ %39, %19 ]
%23 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %20
%24 = load i32, i32* %21
store i32 %24, i32* %23
%25 = getelementptr inbounds i32, i32* %21, i64 %6
%26 = or i64 %20, 1
%27 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %26
%28 = load i32, i32* %25
store i32 %28, i32* %27
%29 = getelementptr inbounds i32, i32* %25, i64 %6
%30 = or i64 %20, 2
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %30
%32 = load i32, i32* %29
store i32 %32, i32* %31
%33 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %6
%34 = or i64 %20, 3
%35 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %34
%36 = load i32, i32* %33
store i32 %36, i32* %35
%37 = getelementptr inbounds i32, i32* %33, i64 %6
%38 = add nuw nsw i64 %20, 4
%39 = add i64 %22, 4
%40 = icmp eq i64 %39, %18
br i1 %40, label %41, label %19
41: ; preds = %19, %10
%42 = phi i64 [ 0, %10 ], [ %38, %19 ]
%43 = phi i32* [ %12, %10 ], [ %37, %19 ]
%44 = icmp eq i64 %15, 0
br i1 %44, label %55, label %45
45: ; preds = %41, %45
%46 = phi i64 [ %52, %45 ], [ %42, %41 ]
%47 = phi i32* [ %51, %45 ], [ %43, %41 ]
%48 = phi i64 [ %53, %45 ], [ 0, %41 ]
%49 = getelementptr inbounds i32, i32* %14, i64 %46
%50 = load i32, i32* %47
store i32 %50, i32* %49
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %47, i64 %6
%52 = add nuw nsw i64 %46, 1
%53 = add i64 %48, 1
%54 = icmp eq i64 %53, %15
br i1 %54, label %55, label %45
55: ; preds = %41, %45, %7
%56 = add nuw nsw i64 %8, 1
%57 = icmp eq i64 %56, %3
br i1 %57, label %58, label %7
58: ; preds = %55, %2
ret void
}