unsigned long long separate_bits(unsigned long long value,
                                 unsigned long long mask) {
  int value_bit = 0, i;
  unsigned long long result = 0;
  for (i = 0; i < 64; i++) {
    if ((1ULL << i) & mask) {
      result |= ((value >> value_bit) & 1) << i;
      value_bit++;
    }
  }
  return result;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<separate_bits>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
movq   $0x0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
cmpl   $0x40,-0x18(%rbp)
jge    117f <separate_bits+0x7f>
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,%ecx
mov    $0x1,%eax
shl    %cl,%rax
and    -0x10(%rbp),%rax
cmp    $0x0,%rax
je     116c <separate_bits+0x6c>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
shr    %cl,%rax
and    $0x1,%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
shl    %cl,%rax
or     -0x20(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x20(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1171 <separate_bits+0x71>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1122 <separate_bits+0x22>
mov    -0x20(%rbp),%rax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<separate_bits>:
xor    %r10d,%r10d
xor    %eax,%eax
xor    %r8d,%r8d
jmp    111a <separate_bits+0x1a>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x2,%r10
cmp    $0x40,%r10
je     115e <separate_bits+0x5e>
bt     %r10,%rsi
jae    1139 <separate_bits+0x39>
mov    %rdi,%rdx
mov    %r8d,%ecx
shr    %cl,%rdx
and    $0x1,%edx
mov    %r10d,%ecx
shl    %cl,%rdx
or     %rdx,%rax
add    $0x1,%r8d
lea    0x1(%r10),%r9
bt     %r9,%rsi
jae    1110 <separate_bits+0x10>
mov    %rdi,%rdx
mov    %r8d,%ecx
shr    %cl,%rdx
and    $0x1,%edx
mov    %r9d,%ecx
shl    %cl,%rdx
or     %rdx,%rax
add    $0x1,%r8d
jmp    1110 <separate_bits+0x10>
ret

LLVM IR (-O0):
define i64 @separate_bits(i64 %0, i64 %1) {
%3 = alloca i64
%4 = alloca i64
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i64
store i64 %0, i64* %3
store i64 %1, i64* %4
store i32 0, i32* %5
store i64 0, i64* %7
store i32 0, i32* %6
br label %8
8: ; preds = %32, %2
%9 = load i32, i32* %6
%10 = icmp slt i32 %9, 64
br i1 %10, label %11, label %35
11: ; preds = %8
%12 = load i32, i32* %6
%13 = zext i32 %12 to i64
%14 = shl i64 1, %13
%15 = load i64, i64* %4
%16 = and i64 %14, %15
%17 = icmp ne i64 %16, 0
br i1 %17, label %18, label %31
18: ; preds = %11
%19 = load i64, i64* %3
%20 = load i32, i32* %5
%21 = zext i32 %20 to i64
%22 = lshr i64 %19, %21
%23 = and i64 %22, 1
%24 = load i32, i32* %6
%25 = zext i32 %24 to i64
%26 = shl i64 %23, %25
%27 = load i64, i64* %7
%28 = or i64 %27, %26
store i64 %28, i64* %7
%29 = load i32, i32* %5
%30 = add nsw i32 %29, 1
store i32 %30, i32* %5
br label %31
31: ; preds = %18, %11
br label %32
32: ; preds = %31
%33 = load i32, i32* %6
%34 = add nsw i32 %33, 1
store i32 %34, i32* %6
br label %8
35: ; preds = %8
%36 = load i64, i64* %7
ret i64 %36
}

LLVM IR (-O2):
define i64 @separate_bits(i64 %0, i64 %1) {
br label %3
3: ; preds = %31, %2
%4 = phi i64 [ 0, %2 ], [ %34, %31 ]
%5 = phi i64 [ 0, %2 ], [ %33, %31 ]
%6 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %32, %31 ]
%7 = shl nuw i64 1, %4
%8 = and i64 %7, %1
%9 = icmp eq i64 %8, 0
br i1 %9, label %17, label %10
10: ; preds = %3
%11 = zext i32 %6 to i64
%12 = lshr i64 %0, %11
%13 = and i64 %12, 1
%14 = shl nuw i64 %13, %4
%15 = or i64 %14, %5
%16 = add nsw i32 %6, 1
br label %17
17: ; preds = %3, %10
%18 = phi i32 [ %16, %10 ], [ %6, %3 ]
%19 = phi i64 [ %15, %10 ], [ %5, %3 ]
%20 = or i64 %4, 1
%21 = shl nuw i64 1, %20
%22 = and i64 %21, %1
%23 = icmp eq i64 %22, 0
br i1 %23, label %31, label %24
24: ; preds = %17
%25 = zext i32 %18 to i64
%26 = lshr i64 %0, %25
%27 = and i64 %26, 1
%28 = shl nuw i64 %27, %20
%29 = or i64 %28, %19
%30 = add nsw i32 %18, 1
br label %31
31: ; preds = %24, %17
%32 = phi i32 [ %30, %24 ], [ %18, %17 ]
%33 = phi i64 [ %29, %24 ], [ %19, %17 ]
%34 = add nuw nsw i64 %4, 2
%35 = icmp eq i64 %34, 64
br i1 %35, label %36, label %3
36: ; preds = %31
ret i64 %33
}