#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 /*<<< orphan*/ free(int *);
scalar_t__ malloc(int);
int /*<<< orphan*/ memcpy(int *, int *, int);
int /*<<< orphan*/ memset(int *, int /*<<< orphan*/, int);
int /*<<< orphan*/ multiply(int *, int *, int, int *);
void mat_pow(int *M, int sz, long r, int *ret) {
  int *tmp_mat = (int *)malloc(sz * sz * sizeof(int));
  memset(ret, 0, sz * sz * sizeof(int));
  for (int i = 0; i < sz; i++)
    ret[i * sz + i] = 1;
  while (r) {
    if (r & 1) {
      memcpy(tmp_mat, ret, sz * sz * sizeof(int));
      multiply(tmp_mat, M, sz, ret);
    }
    multiply(M, M, sz, tmp_mat);
    memcpy(M, tmp_mat, sz * sz * sizeof(int));
    r >>= 1;
  }
  free(tmp_mat);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<mat_pow>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x30,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    -0xc(%rbp),%eax
imul   -0xc(%rbp),%eax
cltq
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edi
call   1070 <malloc@plt>
mov    %rax,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%rdi
mov    -0xc(%rbp),%eax
imul   -0xc(%rbp),%eax
cltq
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edx
xor    %esi,%esi
call   1050 <memset@plt>
movl   $0x0,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11d2 <mat_pow+0x82>
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
imul   -0xc(%rbp),%ecx
add    -0x2c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movl   $0x1,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    11a0 <mat_pow+0x50>
jmp    11d7 <mat_pow+0x87>
cmpq   $0x0,-0x18(%rbp)
je     1265 <mat_pow+0x115>
mov    -0x18(%rbp),%rax
and    $0x1,%rax
cmp    $0x0,%rax
je     1224 <mat_pow+0xd4>
mov    -0x28(%rbp),%rdi
mov    -0x20(%rbp),%rsi
mov    -0xc(%rbp),%eax
imul   -0xc(%rbp),%eax
cltq
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edx
call   1060 <memcpy@plt>
mov    -0x28(%rbp),%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0xc(%rbp),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rcx
call   1040 <multiply@plt>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0x8(%rbp),%rsi
mov    -0xc(%rbp),%edx
mov    -0x28(%rbp),%rcx
call   1040 <multiply@plt>
mov    -0x8(%rbp),%rdi
mov    -0x28(%rbp),%rsi
mov    -0xc(%rbp),%eax
imul   -0xc(%rbp),%eax
cltq
shl    $0x2,%rax
mov    %eax,%edx
call   1060 <memcpy@plt>
mov    -0x18(%rbp),%rax
sar    $0x1,%rax
mov    %rax,-0x18(%rbp)
jmp    11d7 <mat_pow+0x87>
mov    -0x28(%rbp),%rdi
call   1030 <free@plt>
add    $0x30,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<mat_pow>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
sub    $0x28,%rsp
mov    %rcx,%r15
mov    %rdx,%r14
mov    %esi,%r13d
mov    %rdi,%rbx
mov    %esi,%r12d
imul   %esi,%r12d
shl    $0x2,%r12d
mov    %r12d,%edi
call   1070 <malloc@plt>
mov    %rax,%rbp
mov    %r15,%rdi
xor    %esi,%esi
mov    %r12d,%edx
call   1050 <memset@plt>
test   %r13d,%r13d
jle    12ab <mat_pow+0x15b>
mov    %r13d,%r10d
lea    -0x1(%r10),%rax
mov    %r10,%rdi
and    $0x3,%r10d
xor    %ecx,%ecx
cmp    $0x3,%rax
jb     127d <mat_pow+0x12d>
mov    %rbp,0x8(%rsp)
mov    %r12d,0x4(%rsp)
mov    %rbx,0x10(%rsp)
lea    0x0(%r13,%r13,1),%esi
lea    0x0(,%r13,4),%r9d
lea    0x0(%r13,%r13,2),%edx
and    $0xfffffffc,%edi
neg    %rdi
mov    %rdi,0x20(%rsp)
mov    $0x2,%r11d
mov    $0x1,%r12d
mov    $0x3,%ebx
xor    %edi,%edi
mov    %r13,0x18(%rsp)
mov    %r13d,%ebp
xor    %r8d,%r8d
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movslq %esi,%rsi
movslq %ebp,%rbp
movslq %ecx,%rcx
lea    (%r8,%rcx,1),%r13
movl   $0x1,(%r15,%r13,4)
lea    (%r12,%rbp,1),%rax
movl   $0x1,(%r15,%rax,4)
lea    (%r11,%rsi,1),%rax
movslq %edx,%rdx
movl   $0x1,(%r15,%rax,4)
lea    (%rbx,%rdx,1),%rax
movl   $0x1,(%r15,%rax,4)
add    $0x4,%r8
add    %r9d,%ecx
add    $0x4,%r11
add    %r9d,%esi
add    $0x4,%r12
add    %r9d,%ebp
add    $0x4,%rbx
add    %r9d,%edx
add    $0xfffffffffffffffc,%rdi
cmp    %rdi,0x20(%rsp)
jne    1200 <mat_pow+0xb0>
neg    %rdi
mov    %rdi,%rcx
mov    0x18(%rsp),%r13
mov    0x10(%rsp),%rbx
mov    0x4(%rsp),%r12d
mov    0x8(%rsp),%rbp
test   %r10,%r10
je     12ab <mat_pow+0x15b>
mov    %r13d,%eax
imul   %ecx,%eax
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
cltq
lea    (%rcx,%rax,1),%rdx
movl   $0x1,(%r15,%rdx,4)
add    $0x1,%rcx
add    %r13d,%eax
add    $0xffffffffffffffff,%r10
jne    1290 <mat_pow+0x140>
test   %r14,%r14
jne    12fe <mat_pow+0x1ae>
mov    %rbp,%rdi
add    $0x28,%rsp
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
jmp    1030 <free@plt>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    %rbx,%rdi
mov    %rbx,%rsi
mov    %r13d,%edx
mov    %rbp,%rcx
call   1040 <multiply@plt>
mov    %rbx,%rdi
mov    %rbp,%rsi
mov    %r12d,%edx
call   1060 <memcpy@plt>
mov    %r14,%rax
sar    %rax
cmp    $0x1,%r14
mov    %rax,%r14
jbe    12b0 <mat_pow+0x160>
test   $0x1,%r14b
je     12d0 <mat_pow+0x180>
mov    %rbp,%rdi
mov    %r15,%rsi
mov    %r12d,%edx
call   1060 <memcpy@plt>
mov    %rbp,%rdi
mov    %rbx,%rsi
mov    %r13d,%edx
mov    %r15,%rcx
call   1040 <multiply@plt>
jmp    12d0 <mat_pow+0x180>

LLVM IR (-O0):
define void @mat_pow(i32* %0, i32 %1, i64 %2, i32* %3) {
%5 = alloca i32*
%6 = alloca i32
%7 = alloca i64
%8 = alloca i32*
%9 = alloca i32*
%10 = alloca i32
store i32* %0, i32** %5
store i32 %1, i32* %6
store i64 %2, i64* %7
store i32* %3, i32** %8
%11 = load i32, i32* %6
%12 = load i32, i32* %6
%13 = mul nsw i32 %11, %12
%14 = sext i32 %13 to i64
%15 = mul i64 %14, 4
%16 = trunc i64 %15 to i32
%17 = call i64 @malloc(i32 %16)
%18 = inttoptr i64 %17 to i32*
store i32* %18, i32** %9
%19 = load i32*, i32** %8
%20 = load i32, i32* %6
%21 = load i32, i32* %6
%22 = mul nsw i32 %20, %21
%23 = sext i32 %22 to i64
%24 = mul i64 %23, 4
%25 = trunc i64 %24 to i32
%26 = call i32 @memset(i32* %19, i32 0, i32 %25)
store i32 0, i32* %10
br label %27
27: ; preds = %40, %4
%28 = load i32, i32* %10
%29 = load i32, i32* %6
%30 = icmp slt i32 %28, %29
br i1 %30, label %31, label %43
31: ; preds = %27
%32 = load i32*, i32** %8
%33 = load i32, i32* %10
%34 = load i32, i32* %6
%35 = mul nsw i32 %33, %34
%36 = load i32, i32* %10
%37 = add nsw i32 %35, %36
%38 = sext i32 %37 to i64
%39 = getelementptr inbounds i32, i32* %32, i64 %38
store i32 1, i32* %39
br label %40
40: ; preds = %31
%41 = load i32, i32* %10
%42 = add nsw i32 %41, 1
store i32 %42, i32* %10
br label %27
43: ; preds = %27
br label %44
44: ; preds = %66, %43
%45 = load i64, i64* %7
%46 = icmp ne i64 %45, 0
br i1 %46, label %47, label %83
47: ; preds = %44
%48 = load i64, i64* %7
%49 = and i64 %48, 1
%50 = icmp ne i64 %49, 0
br i1 %50, label %51, label %66
51: ; preds = %47
%52 = load i32*, i32** %9
%53 = load i32*, i32** %8
%54 = load i32, i32* %6
%55 = load i32, i32* %6
%56 = mul nsw i32 %54, %55
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = mul i64 %57, 4
%59 = trunc i64 %58 to i32
%60 = call i32 @memcpy(i32* %52, i32* %53, i32 %59)
%61 = load i32*, i32** %9
%62 = load i32*, i32** %5
%63 = load i32, i32* %6
%64 = load i32*, i32** %8
%65 = call i32 @multiply(i32* %61, i32* %62, i32 %63, i32* %64)
br label %66
66: ; preds = %51, %47
%67 = load i32*, i32** %5
%68 = load i32*, i32** %5
%69 = load i32, i32* %6
%70 = load i32*, i32** %9
%71 = call i32 @multiply(i32* %67, i32* %68, i32 %69, i32* %70)
%72 = load i32*, i32** %5
%73 = load i32*, i32** %9
%74 = load i32, i32* %6
%75 = load i32, i32* %6
%76 = mul nsw i32 %74, %75
%77 = sext i32 %76 to i64
%78 = mul i64 %77, 4
%79 = trunc i64 %78 to i32
%80 = call i32 @memcpy(i32* %72, i32* %73, i32 %79)
%81 = load i64, i64* %7
%82 = ashr i64 %81, 1
store i64 %82, i64* %7
br label %44
83: ; preds = %44
%84 = load i32*, i32** %9
%85 = call i32 @free(i32* %84)
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @mat_pow(i32* %0, i32 %1, i64 %2, i32* %3) {
%5 = shl i32 %1, 2
%6 = mul i32 %5, %1
%7 = tail call i64 @malloc(i32 %6)
%8 = inttoptr i64 %7 to i32*
%9 = tail call i32 @memset(i32* %3, i32 0, i32 %6)
%10 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %10, label %11, label %32
11: ; preds = %4
%12 = zext i32 %1 to i64
%13 = add nsw i64 %12, -1
%14 = and i64 %12, 3
%15 = icmp ult i64 %13, 3
br i1 %15, label %18, label %16
16: ; preds = %11
%17 = and i64 %12, 4294967292
br label %34
18: ; preds = %34, %11
%19 = phi i64 [ 0, %11 ], [ %60, %34 ]
%20 = icmp eq i64 %14, 0
br i1 %20, label %32, label %21
21: ; preds = %18, %21
%22 = phi i64 [ %29, %21 ], [ %19, %18 ]
%23 = phi i64 [ %30, %21 ], [ 0, %18 ]
%24 = trunc i64 %22 to i32
%25 = mul nsw i32 %24, %1
%26 = sext i32 %25 to i64
%27 = add nsw i64 %22, %26
%28 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %27
store i32 1, i32* %28
%29 = add nuw nsw i64 %22, 1
%30 = add i64 %23, 1
%31 = icmp eq i64 %30, %14
br i1 %31, label %32, label %21
32: ; preds = %18, %21, %4
%33 = icmp eq i64 %2, 0
br i1 %33, label %75, label %63
34: ; preds = %34, %16
%35 = phi i64 [ 0, %16 ], [ %60, %34 ]
%36 = phi i64 [ 0, %16 ], [ %61, %34 ]
%37 = trunc i64 %35 to i32
%38 = mul nsw i32 %37, %1
%39 = sext i32 %38 to i64
%40 = add nsw i64 %35, %39
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %40
store i32 1, i32* %41
%42 = or i64 %35, 1
%43 = trunc i64 %42 to i32
%44 = mul nsw i32 %43, %1
%45 = sext i32 %44 to i64
%46 = add nsw i64 %42, %45
%47 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %46
store i32 1, i32* %47
%48 = or i64 %35, 2
%49 = trunc i64 %48 to i32
%50 = mul nsw i32 %49, %1
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = add nsw i64 %48, %51
%53 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %52
store i32 1, i32* %53
%54 = or i64 %35, 3
%55 = trunc i64 %54 to i32
%56 = mul nsw i32 %55, %1
%57 = sext i32 %56 to i64
%58 = add nsw i64 %54, %57
%59 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %58
store i32 1, i32* %59
%60 = add nuw nsw i64 %35, 4
%61 = add i64 %36, 4
%62 = icmp eq i64 %61, %17
br i1 %62, label %18, label %34
63: ; preds = %32, %70
%64 = phi i64 [ %73, %70 ], [ %2, %32 ]
%65 = and i64 %64, 1
%66 = icmp eq i64 %65, 0
br i1 %66, label %70, label %67
67: ; preds = %63
%68 = tail call i32 @memcpy(i32* %8, i32* %3, i32 %6)
%69 = tail call i32 @multiply(i32* %8, i32* %0, i32 %1, i32* %3)
br label %70
70: ; preds = %67, %63
%71 = tail call i32 @multiply(i32* %0, i32* %0, i32 %1, i32* %8)
%72 = tail call i32 @memcpy(i32* %0, i32* %8, i32 %6)
%73 = ashr i64 %64, 1
%74 = icmp ult i64 %64, 2
br i1 %74, label %75, label %63
75: ; preds = %70, %32
%76 = tail call i32 @free(i32* %8)
ret void
}