void matrix_multiple(int (*matrix0)[2], int (*matrix1)[2], int (*matrix2)[2],
                     int dimen) {
  for (int i = 0; i < dimen; i++) {
    for (int j = 0; j < dimen; j++) {
      matrix2[i][j] = 0;
      for (int k = 0; k < dimen; k++)
        matrix2[i][j] += matrix0[i][k] * matrix1[k][j];
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_multiple>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %ecx,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11e0 <matrix_multiple+0xe0>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11cd <matrix_multiple+0xcd>
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movl   $0x0,(%rax,%rcx,4)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11ba <matrix_multiple+0xba>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
imul   (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
add    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    115a <matrix_multiple+0x5a>
jmp    11bf <matrix_multiple+0xbf>
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    112d <matrix_multiple+0x2d>
jmp    11d2 <matrix_multiple+0xd2>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    111a <matrix_multiple+0x1a>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_multiple>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %rsi,-0x10(%rsp)
test   %ecx,%ecx
jle    11e7 <matrix_multiple+0xe7>
mov    %ecx,%r8d
mov    %r8d,%r9d
and    $0xfffffffe,%r9d
lea    0x4(%rdi),%r15
mov    -0x10(%rsp),%rax
add    $0x8,%rax
mov    %rax,-0x8(%rsp)
xor    %esi,%esi
jmp    1151 <matrix_multiple+0x51>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%rsi
add    $0x8,%r15
cmp    %r8,%rsi
je     11e7 <matrix_multiple+0xe7>
mov    -0x8(%rsp),%r12
xor    %r14d,%r14d
jmp    116d <matrix_multiple+0x6d>
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r14
add    $0x4,%r12
cmp    %r8,%r14
je     1140 <matrix_multiple+0x40>
lea    (%rdx,%rsi,8),%rax
lea    (%rax,%r14,4),%r13
movl   $0x0,(%rax,%r14,4)
xor    %ebx,%ebx
xor    %eax,%eax
cmp    $0x1,%ecx
je     11b9 <matrix_multiple+0xb9>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    -0x8(%r12,%rax,8),%ebp
imul   -0x4(%r15,%rax,4),%ebp
add    %ebx,%ebp
mov    %ebp,0x0(%r13)
mov    (%r12,%rax,8),%ebx
imul   (%r15,%rax,4),%ebx
add    %ebp,%ebx
mov    %ebx,0x0(%r13)
add    $0x2,%rax
cmp    %rax,%r9
jne    1190 <matrix_multiple+0x90>
test   $0x1,%r8b
je     1160 <matrix_multiple+0x60>
lea    (%rdi,%rsi,8),%r11
mov    -0x10(%rsp),%rbp
lea    0x0(,%rax,8),%r10
add    %rbp,%r10
mov    (%r10,%r14,4),%ebp
imul   (%r11,%rax,4),%ebp
add    %ebp,%ebx
mov    %ebx,0x0(%r13)
jmp    1160 <matrix_multiple+0x60>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @matrix_multiple([2 x i32]* %0, [2 x i32]* %1, [2 x i32]* %2, i32 %3) {
%5 = alloca [2 x i32]*
%6 = alloca [2 x i32]*
%7 = alloca [2 x i32]*
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
store [2 x i32]* %0, [2 x i32]** %5
store [2 x i32]* %1, [2 x i32]** %6
store [2 x i32]* %2, [2 x i32]** %7
store i32 %3, i32* %8
store i32 0, i32* %9
br label %12
12: ; preds = %68, %4
%13 = load i32, i32* %9
%14 = load i32, i32* %8
%15 = icmp slt i32 %13, %14
br i1 %15, label %16, label %71
16: ; preds = %12
store i32 0, i32* %10
br label %17
17: ; preds = %64, %16
%18 = load i32, i32* %10
%19 = load i32, i32* %8
%20 = icmp slt i32 %18, %19
br i1 %20, label %21, label %67
21: ; preds = %17
%22 = load [2 x i32]*, [2 x i32]** %7
%23 = load i32, i32* %9
%24 = sext i32 %23 to i64
%25 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %22, i64 %24
%26 = load i32, i32* %10
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %25, i64 0, i64 %27
store i32 0, i32* %28
store i32 0, i32* %11
br label %29
29: ; preds = %60, %21
%30 = load i32, i32* %11
%31 = load i32, i32* %8
%32 = icmp slt i32 %30, %31
br i1 %32, label %33, label %63
33: ; preds = %29
%34 = load [2 x i32]*, [2 x i32]** %5
%35 = load i32, i32* %9
%36 = sext i32 %35 to i64
%37 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %34, i64 %36
%38 = load i32, i32* %11
%39 = sext i32 %38 to i64
%40 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %37, i64 0, i64 %39
%41 = load i32, i32* %40
%42 = load [2 x i32]*, [2 x i32]** %6
%43 = load i32, i32* %11
%44 = sext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %42, i64 %44
%46 = load i32, i32* %10
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %45, i64 0, i64 %47
%49 = load i32, i32* %48
%50 = mul nsw i32 %41, %49
%51 = load [2 x i32]*, [2 x i32]** %7
%52 = load i32, i32* %9
%53 = sext i32 %52 to i64
%54 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %51, i64 %53
%55 = load i32, i32* %10
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %54, i64 0, i64 %56
%58 = load i32, i32* %57
%59 = add nsw i32 %58, %50
store i32 %59, i32* %57
br label %60
60: ; preds = %33
%61 = load i32, i32* %11
%62 = add nsw i32 %61, 1
store i32 %62, i32* %11
br label %29
63: ; preds = %29
br label %64
64: ; preds = %63
%65 = load i32, i32* %10
%66 = add nsw i32 %65, 1
store i32 %66, i32* %10
br label %17
67: ; preds = %17
br label %68
68: ; preds = %67
%69 = load i32, i32* %9
%70 = add nsw i32 %69, 1
store i32 %70, i32* %9
br label %12
71: ; preds = %12
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @matrix_multiple([2 x i32]* nocapture %0, [2 x i32]* nocapture %1, [2 x i32]* nocapture %2, i32 %3) {
%5 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %5, label %6, label %14
6: ; preds = %4
%7 = zext i32 %3 to i64
%8 = and i64 %7, 1
%9 = icmp eq i32 %3, 1
%10 = and i64 %7, 4294967294
%11 = icmp eq i64 %8, 0
br label %12
12: ; preds = %15, %6
%13 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %16, %15 ]
br label %18
14: ; preds = %15, %4
ret void
15: ; preds = %31
%16 = add nuw nsw i64 %13, 1
%17 = icmp eq i64 %16, %7
br i1 %17, label %14, label %12
18: ; preds = %31, %12
%19 = phi i64 [ 0, %12 ], [ %32, %31 ]
%20 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %2, i64 %13, i64 %19
store i32 0, i32* %20
br i1 %9, label %21, label %34
21: ; preds = %34, %18
%22 = phi i32 [ 0, %18 ], [ %50, %34 ]
%23 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %51, %34 ]
br i1 %11, label %31, label %24
24: ; preds = %21
%25 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %0, i64 %13, i64 %23
%26 = load i32, i32* %25
%27 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %1, i64 %23, i64 %19
%28 = load i32, i32* %27
%29 = mul nsw i32 %28, %26
%30 = add nsw i32 %22, %29
store i32 %30, i32* %20
br label %31
31: ; preds = %21, %24
%32 = add nuw nsw i64 %19, 1
%33 = icmp eq i64 %32, %7
br i1 %33, label %15, label %18
34: ; preds = %18, %34
%35 = phi i32 [ %50, %34 ], [ 0, %18 ]
%36 = phi i64 [ %51, %34 ], [ 0, %18 ]
%37 = phi i64 [ %52, %34 ], [ 0, %18 ]
%38 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %0, i64 %13, i64 %36
%39 = load i32, i32* %38
%40 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %1, i64 %36, i64 %19
%41 = load i32, i32* %40
%42 = mul nsw i32 %41, %39
%43 = add nsw i32 %35, %42
store i32 %43, i32* %20
%44 = or i64 %36, 1
%45 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %0, i64 %13, i64 %44
%46 = load i32, i32* %45
%47 = getelementptr inbounds [2 x i32], [2 x i32]* %1, i64 %44, i64 %19
%48 = load i32, i32* %47
%49 = mul nsw i32 %48, %46
%50 = add nsw i32 %43, %49
store i32 %50, i32* %20
%51 = add nuw nsw i64 %36, 2
%52 = add i64 %37, 2
%53 = icmp eq i64 %52, %10
br i1 %53, label %21, label %34
}