int add_naf(int x, int y) {
  int z = 0;
  int mask = 1;
  int tmask = 3;
  int c = 0;
  int p = 0;
  int dx, dy, q;
  while (mask) {
    dx = x & tmask;
    dy = y & tmask;
    dx &= (dx << 1) | mask;
    dy &= (dy << 1) | mask;
    q = dx + dy + c;
    if (q & mask) {
      if (p) {
        z ^= mask;
        if (q == (p << 1)) {
          c = q << 1;
        } else {
          c = 0;
        }
        p = 0;
      } else {
        z |= q;
        p = q;
        c = 0;
      }
    } else {
      c = q;
      c &= (c << 1) | tmask;
      p = 0;
    }
    dx &= mask;
    dy &= mask;
    mask <<= 1;
    tmask <<= 1;
    if (dx) {
      x &= ~mask;
    }
    if (dy) {
      y &= ~mask;
    }
  }
  return z;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<add_naf>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
movl   $0x0,-0xc(%rbp)
movl   $0x1,-0x10(%rbp)
movl   $0x3,-0x14(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x10(%rbp)
je     1253 <add_naf+0x153>
mov    -0x4(%rbp),%eax
and    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%eax
and    -0x14(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
or     -0x10(%rbp),%eax
and    -0x20(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
or     -0x10(%rbp),%eax
and    -0x24(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    -0x24(%rbp),%eax
add    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
and    -0x10(%rbp),%eax
cmp    $0x0,%eax
je     11e2 <add_naf+0xe2>
cmpl   $0x0,-0x1c(%rbp)
je     11c7 <add_naf+0xc7>
mov    -0x10(%rbp),%eax
xor    -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
shl    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jne    11b4 <add_naf+0xb4>
mov    -0x28(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    11bb <add_naf+0xbb>
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
jmp    11dd <add_naf+0xdd>
mov    -0x28(%rbp),%eax
or     -0xc(%rbp),%eax
mov    %eax,-0xc(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
jmp    11fe <add_naf+0xfe>
mov    -0x28(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
or     -0x14(%rbp),%eax
and    -0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
and    -0x20(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
and    -0x24(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x20(%rbp)
je     1238 <add_naf+0x138>
mov    -0x10(%rbp),%eax
xor    $0xffffffff,%eax
and    -0x4(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x4(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x24(%rbp)
je     124e <add_naf+0x14e>
mov    -0x10(%rbp),%eax
xor    $0xffffffff,%eax
and    -0x8(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x8(%rbp)
jmp    112d <add_naf+0x2d>
mov    -0xc(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<add_naf>:
push   %rbp
push   %rbx
mov    $0x1,%ecx
mov    $0x3,%r9d
xor    %ebx,%ebx
xor    %r8d,%r8d
xor    %eax,%eax
jmp    1155 <add_naf+0x55>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
lea    (%rdx,%rdx,1),%r8d
or     %r9d,%r8d
and    %edx,%r8d
xor    %edx,%edx
and    %ecx,%r11d
and    %ecx,%r10d
add    %ecx,%ecx
add    %r9d,%r9d
mov    %ecx,%ebx
not    %ebx
cmp    $0x1,%r11d
sbb    %ebp,%ebp
or     %ebx,%ebp
and    %ebp,%edi
cmp    $0x1,%r10d
sbb    %ebp,%ebp
or     %ebx,%ebp
and    %ebp,%esi
mov    %edx,%ebx
test   %ecx,%ecx
je     11a2 <add_naf+0xa2>
mov    %edi,%r11d
and    %r9d,%r11d
mov    %r9d,%r10d
and    %esi,%r10d
lea    (%r11,%r11,1),%ebp
or     %ecx,%ebp
and    %r11d,%ebp
lea    (%r10,%r10,1),%edx
or     %ecx,%edx
and    %r10d,%edx
add    %r8d,%edx
add    %ebp,%edx
test   %ecx,%edx
je     1120 <add_naf+0x20>
test   %ebx,%ebx
jne    1190 <add_naf+0x90>
or     %edx,%eax
xor    %r8d,%r8d
jmp    112c <add_naf+0x2c>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
xor    %ecx,%eax
add    %ebx,%ebx
lea    (%rdx,%rdx,1),%r8d
xor    %ebp,%ebp
cmp    %ebx,%edx
cmovne %ebp,%r8d
jmp    112a <add_naf+0x2a>
pop    %rbx
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @add_naf(i32 %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
store i32 %0, i32* %3
store i32 %1, i32* %4
store i32 0, i32* %5
store i32 1, i32* %6
store i32 3, i32* %7
store i32 0, i32* %8
store i32 0, i32* %9
br label %13
13: ; preds = %100, %2
%14 = load i32, i32* %6
%15 = icmp ne i32 %14, 0
br i1 %15, label %16, label %101
16: ; preds = %13
%17 = load i32, i32* %3
%18 = load i32, i32* %7
%19 = and i32 %17, %18
store i32 %19, i32* %10
%20 = load i32, i32* %4
%21 = load i32, i32* %7
%22 = and i32 %20, %21
store i32 %22, i32* %11
%23 = load i32, i32* %10
%24 = shl i32 %23, 1
%25 = load i32, i32* %6
%26 = or i32 %24, %25
%27 = load i32, i32* %10
%28 = and i32 %27, %26
store i32 %28, i32* %10
%29 = load i32, i32* %11
%30 = shl i32 %29, 1
%31 = load i32, i32* %6
%32 = or i32 %30, %31
%33 = load i32, i32* %11
%34 = and i32 %33, %32
store i32 %34, i32* %11
%35 = load i32, i32* %10
%36 = load i32, i32* %11
%37 = add nsw i32 %35, %36
%38 = load i32, i32* %8
%39 = add nsw i32 %37, %38
store i32 %39, i32* %12
%40 = load i32, i32* %12
%41 = load i32, i32* %6
%42 = and i32 %40, %41
%43 = icmp ne i32 %42, 0
br i1 %43, label %44, label %66
44: ; preds = %16
%45 = load i32, i32* %9
%46 = icmp ne i32 %45, 0
br i1 %46, label %47, label %60
47: ; preds = %44
%48 = load i32, i32* %6
%49 = load i32, i32* %5
%50 = xor i32 %49, %48
store i32 %50, i32* %5
%51 = load i32, i32* %12
%52 = load i32, i32* %9
%53 = shl i32 %52, 1
%54 = icmp eq i32 %51, %53
br i1 %54, label %55, label %58
55: ; preds = %47
%56 = load i32, i32* %12
%57 = shl i32 %56, 1
store i32 %57, i32* %8
br label %59
58: ; preds = %47
store i32 0, i32* %8
br label %59
59: ; preds = %58, %55
store i32 0, i32* %9
br label %65
60: ; preds = %44
%61 = load i32, i32* %12
%62 = load i32, i32* %5
%63 = or i32 %62, %61
store i32 %63, i32* %5
%64 = load i32, i32* %12
store i32 %64, i32* %9
store i32 0, i32* %8
br label %65
65: ; preds = %60, %59
br label %74
66: ; preds = %16
%67 = load i32, i32* %12
store i32 %67, i32* %8
%68 = load i32, i32* %8
%69 = shl i32 %68, 1
%70 = load i32, i32* %7
%71 = or i32 %69, %70
%72 = load i32, i32* %8
%73 = and i32 %72, %71
store i32 %73, i32* %8
store i32 0, i32* %9
br label %74
74: ; preds = %66, %65
%75 = load i32, i32* %6
%76 = load i32, i32* %10
%77 = and i32 %76, %75
store i32 %77, i32* %10
%78 = load i32, i32* %6
%79 = load i32, i32* %11
%80 = and i32 %79, %78
store i32 %80, i32* %11
%81 = load i32, i32* %6
%82 = shl i32 %81, 1
store i32 %82, i32* %6
%83 = load i32, i32* %7
%84 = shl i32 %83, 1
store i32 %84, i32* %7
%85 = load i32, i32* %10
%86 = icmp ne i32 %85, 0
br i1 %86, label %87, label %92
87: ; preds = %74
%88 = load i32, i32* %6
%89 = xor i32 %88, -1
%90 = load i32, i32* %3
%91 = and i32 %90, %89
store i32 %91, i32* %3
br label %92
92: ; preds = %87, %74
%93 = load i32, i32* %11
%94 = icmp ne i32 %93, 0
br i1 %94, label %95, label %100
95: ; preds = %92
%96 = load i32, i32* %6
%97 = xor i32 %96, -1
%98 = load i32, i32* %4
%99 = and i32 %98, %97
store i32 %99, i32* %4
br label %100
100: ; preds = %95, %92
br label %13
101: ; preds = %13
%102 = load i32, i32* %5
ret i32 %102
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @add_naf(i32 %0, i32 %1) {
br label %3
3: ; preds = %2, %37
%4 = phi i32 [ %0, %2 ], [ %48, %37 ]
%5 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %40, %37 ]
%6 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %39, %37 ]
%7 = phi i32 [ 3, %2 ], [ %44, %37 ]
%8 = phi i32 [ 1, %2 ], [ %43, %37 ]
%9 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %38, %37 ]
%10 = phi i32 [ %1, %2 ], [ %51, %37 ]
%11 = and i32 %4, %7
%12 = and i32 %7, %10
%13 = shl i32 %11, 1
%14 = or i32 %13, %8
%15 = and i32 %14, %11
%16 = shl i32 %12, 1
%17 = or i32 %16, %8
%18 = and i32 %17, %12
%19 = add i32 %18, %6
%20 = add i32 %19, %15
%21 = and i32 %20, %8
%22 = icmp eq i32 %21, 0
br i1 %22, label %33, label %23
23: ; preds = %3
%24 = icmp eq i32 %5, 0
br i1 %24, label %31, label %25
25: ; preds = %23
%26 = xor i32 %8, %9
%27 = shl i32 %5, 1
%28 = icmp eq i32 %20, %27
%29 = shl i32 %20, 1
%30 = select i1 %28, i32 %29, i32 0
br label %37
31: ; preds = %23
%32 = or i32 %20, %9
br label %37
33: ; preds = %3
%34 = shl i32 %20, 1
%35 = or i32 %34, %7
%36 = and i32 %35, %20
br label %37
37: ; preds = %25, %31, %33
%38 = phi i32 [ %26, %25 ], [ %32, %31 ], [ %9, %33 ]
%39 = phi i32 [ %30, %25 ], [ 0, %31 ], [ %36, %33 ]
%40 = phi i32 [ 0, %25 ], [ %20, %31 ], [ 0, %33 ]
%41 = and i32 %11, %8
%42 = and i32 %12, %8
%43 = shl i32 %8, 1
%44 = shl i32 %7, 1
%45 = icmp eq i32 %41, 0
%46 = xor i32 %43, -1
%47 = select i1 %45, i32 -1, i32 %46
%48 = and i32 %47, %4
%49 = icmp eq i32 %42, 0
%50 = select i1 %49, i32 -1, i32 %46
%51 = and i32 %50, %10
%52 = icmp eq i32 %43, 0
br i1 %52, label %53, label %3
53: ; preds = %37
ret i32 %38
}