void square_matrix_sub(int *a, int *b, int *c, int num) {
  int i, j;
  for (i = 0; i < num; i++)
    for (j = 0; j < num; j++)
      *(c + i * num + j) = *(a + i * num + j) - *(b + i * num + j);
}


x86 assembly (clang, -O0):
<square_matrix_sub>:
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    11ae <square_matrix_sub+0xae>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    119b <square_matrix_sub+0x9b>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
sub    (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    112d <square_matrix_sub+0x2d>
jmp    11a0 <square_matrix_sub+0xa0>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    111a <square_matrix_sub+0x1a>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<square_matrix_sub>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %rdx,-0x40(%rsp)
mov    %rsi,-0x48(%rsp)
mov    %rdi,-0x50(%rsp)
test   %ecx,%ecx
jle    13cb <square_matrix_sub+0x2cb>
mov    %ecx,%r12d
mov    %r12d,%eax
and    $0xfffffff8,%eax
mov    %rax,-0x20(%rsp)
add    $0xfffffffffffffff8,%rax
mov    %rax,-0x28(%rsp)
mov    %rax,%rdx
shr    $0x3,%rdx
add    $0x1,%rdx
mov    %rdx,%rax
mov    %rdx,-0x30(%rsp)
and    $0xfffffffffffffffe,%rdx
mov    %rdx,-0x38(%rsp)
mov    %r12d,%r9d
and    $0x3,%r9d
mov    -0x50(%rsp),%rdi
lea    0x30(%rdi),%r13
lea    0x0(,%r12,4),%r10
mov    -0x48(%rsp),%rsi
lea    0x30(%rsi),%r15
mov    -0x40(%rsp),%rdx
lea    0x30(%rdx),%rbx
xor    %r14d,%r14d
mov    %r9,-0x58(%rsp)
mov    %r10,-0x60(%rsp)
mov    %ecx,-0x64(%rsp)
jmp    11bf <square_matrix_sub+0xbf>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r14
add    %r10,%r13
add    %r10,%r15
add    %r10,%rbx
add    %r10,%rdx
add    %r10,%rsi
add    %r10,%rdi
cmp    %r12,%r14
je     13cb <square_matrix_sub+0x2cb>
cmp    $0x8,%ecx
jae    1250 <square_matrix_sub+0x150>
xor    %r11d,%r11d
mov    %r11,%r8
not    %r8
add    %r12,%r8
test   %r9,%r9
je     11f6 <square_matrix_sub+0xf6>
mov    %r9,%rbp
nopl   0x0(%rax)
mov    (%rdi,%r11,4),%eax
sub    (%rsi,%r11,4),%eax
mov    %eax,(%rdx,%r11,4)
add    $0x1,%r11
add    $0xffffffffffffffff,%rbp
jne    11e0 <square_matrix_sub+0xe0>
cmp    $0x3,%r8
jb     11a0 <square_matrix_sub+0xa0>
nopl   0x0(%rax)
mov    (%rdi,%r11,4),%eax
sub    (%rsi,%r11,4),%eax
mov    %eax,(%rdx,%r11,4)
mov    0x4(%rdi,%r11,4),%eax
sub    0x4(%rsi,%r11,4),%eax
mov    %eax,0x4(%rdx,%r11,4)
mov    0x8(%rdi,%r11,4),%eax
sub    0x8(%rsi,%r11,4),%eax
mov    %eax,0x8(%rdx,%r11,4)
mov    0xc(%rdi,%r11,4),%eax
sub    0xc(%rsi,%r11,4),%eax
mov    %eax,0xc(%rdx,%r11,4)
add    $0x4,%r11
cmp    %r11,%r12
jne    1200 <square_matrix_sub+0x100>
jmp    11a0 <square_matrix_sub+0xa0>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    %r14,%rcx
imul   %r12,%rcx
lea    (%rcx,%r12,1),%rbp
mov    -0x40(%rsp),%rax
lea    (%rax,%rcx,4),%r8
lea    (%rax,%rbp,4),%r11
mov    -0x50(%rsp),%r9
lea    (%r9,%rcx,4),%r10
mov    -0x48(%rsp),%rax
lea    (%rax,%rcx,4),%rcx
mov    %rcx,-0x8(%rsp)
lea    (%rax,%rbp,4),%rcx
lea    (%r9,%rbp,4),%rbp
cmp    %rbp,%r8
setb   %al
mov    %r10,-0x18(%rsp)
cmp    %r11,%r10
setb   %r9b
mov    %r8,-0x10(%rsp)
cmp    %rcx,%r8
mov    -0x8(%rsp),%r8
setb   %cl
cmp    %r11,%r8
setb   %bpl
test   %r9b,%al
jne    13aa <square_matrix_sub+0x2aa>
mov    $0x0,%r11d
and    %bpl,%cl
mov    -0x64(%rsp),%ecx
mov    -0x58(%rsp),%r9
mov    -0x60(%rsp),%r10
jne    11cb <square_matrix_sub+0xcb>
cmpq   $0x0,-0x28(%rsp)
je     13c0 <square_matrix_sub+0x2c0>
mov    -0x38(%rsp),%rax
xor    %ebp,%ebp
nopl   0x0(%rax)
movdqu -0x30(%r13,%rbp,4),%xmm0
movdqu -0x20(%r13,%rbp,4),%xmm1
movdqu -0x30(%r15,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm0
movdqu -0x20(%r15,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm1
movdqu %xmm0,-0x30(%rbx,%rbp,4)
movdqu %xmm1,-0x20(%rbx,%rbp,4)
movdqu -0x10(%r13,%rbp,4),%xmm0
movdqu 0x0(%r13,%rbp,4),%xmm1
movdqu -0x10(%r15,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm0
movdqu (%r15,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm1
movdqu %xmm0,-0x10(%rbx,%rbp,4)
movdqu %xmm1,(%rbx,%rbp,4)
add    $0x10,%rbp
add    $0xfffffffffffffffe,%rax
jne    12f0 <square_matrix_sub+0x1f0>
testb  $0x1,-0x30(%rsp)
je     1394 <square_matrix_sub+0x294>
mov    -0x18(%rsp),%rax
movdqu (%rax,%rbp,4),%xmm0
movdqu 0x10(%rax,%rbp,4),%xmm1
movdqu (%r8,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm0
movdqu 0x10(%r8,%rbp,4),%xmm2
psubd  %xmm2,%xmm1
mov    -0x10(%rsp),%rax
movdqu %xmm0,(%rax,%rbp,4)
movdqu %xmm1,0x10(%rax,%rbp,4)
mov    -0x20(%rsp),%rax
mov    %rax,%r11
cmp    %r12,%rax
je     11a0 <square_matrix_sub+0xa0>
jmp    11cb <square_matrix_sub+0xcb>
xor    %r11d,%r11d
mov    -0x64(%rsp),%ecx
mov    -0x58(%rsp),%r9
mov    -0x60(%rsp),%r10
jmp    11cb <square_matrix_sub+0xcb>
xor    %ebp,%ebp
testb  $0x1,-0x30(%rsp)
jne    135f <square_matrix_sub+0x25f>
jmp    1394 <square_matrix_sub+0x294>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @square_matrix_sub(i32* nocapture %0, i32* nocapture %1, i32* nocapture writeonly %2, i32 %3) {
%5 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %5, label %6, label %163
6: ; preds = %4
%7 = zext i32 %3 to i64
%8 = zext i32 %3 to i64
%9 = and i64 %8, 4294967288
%10 = add nsw i64 %9, -8
%11 = lshr exact i64 %10, 3
%12 = add nuw nsw i64 %11, 1
%13 = icmp ult i32 %3, 8
%14 = and i64 %8, 4294967288
%15 = and i64 %12, 1
%16 = icmp eq i64 %10, 0
%17 = and i64 %12, 4611686018427387902
%18 = icmp eq i64 %15, 0
%19 = icmp eq i64 %14, %8
%20 = and i64 %8, 3
%21 = icmp eq i64 %20, 0
br label %22
22: ; preds = %160, %6
%23 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %161, %160 ]
%24 = mul i64 %23, %8
%25 = getelementptr i32, i32* %2, i64 %24
%26 = add i64 %24, %8
%27 = getelementptr i32, i32* %2, i64 %26
%28 = mul nsw i64 %23, %7
%29 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %28
%30 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %28
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %28
br i1 %13, label %110, label %32
32: ; preds = %22
%33 = getelementptr i32, i32* %1, i64 %26
%34 = getelementptr i32, i32* %1, i64 %24
%35 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %26
%36 = getelementptr i32, i32* %0, i64 %24
%37 = icmp ult i32* %25, %35
%38 = icmp ult i32* %36, %27
%39 = and i1 %37, %38
%40 = icmp ult i32* %25, %33
%41 = icmp ult i32* %34, %27
%42 = and i1 %40, %41
%43 = or i1 %39, %42
br i1 %43, label %110, label %44
44: ; preds = %32
br i1 %16, label %88, label %45
45: ; preds = %44, %45
%46 = phi i64 [ %85, %45 ], [ 0, %44 ]
%47 = phi i64 [ %86, %45 ], [ 0, %44 ]
%48 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %46
%49 = bitcast i32* %48 to <4 x i32>*
%50 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %49
%51 = getelementptr inbounds i32, i32* %48, i64 4
%52 = bitcast i32* %51 to <4 x i32>*
%53 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %52
%54 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %46
%55 = bitcast i32* %54 to <4 x i32>*
%56 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %55
%57 = getelementptr inbounds i32, i32* %54, i64 4
%58 = bitcast i32* %57 to <4 x i32>*
%59 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %58
%60 = sub nsw <4 x i32> %50, %56
%61 = sub nsw <4 x i32> %53, %59
%62 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %46
%63 = bitcast i32* %62 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %60, <4 x i32>* %63
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %62, i64 4
%65 = bitcast i32* %64 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %61, <4 x i32>* %65
%66 = or i64 %46, 8
%67 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %66
%68 = bitcast i32* %67 to <4 x i32>*
%69 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %68
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %67, i64 4
%71 = bitcast i32* %70 to <4 x i32>*
%72 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %71
%73 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %66
%74 = bitcast i32* %73 to <4 x i32>*
%75 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %74
%76 = getelementptr inbounds i32, i32* %73, i64 4
%77 = bitcast i32* %76 to <4 x i32>*
%78 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %77
%79 = sub nsw <4 x i32> %69, %75
%80 = sub nsw <4 x i32> %72, %78
%81 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %66
%82 = bitcast i32* %81 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %79, <4 x i32>* %82
%83 = getelementptr inbounds i32, i32* %81, i64 4
%84 = bitcast i32* %83 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %80, <4 x i32>* %84
%85 = add nuw i64 %46, 16
%86 = add i64 %47, 2
%87 = icmp eq i64 %86, %17
br i1 %87, label %88, label %45
88: ; preds = %45, %44
%89 = phi i64 [ 0, %44 ], [ %85, %45 ]
br i1 %18, label %109, label %90
90: ; preds = %88
%91 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %89
%92 = bitcast i32* %91 to <4 x i32>*
%93 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %92
%94 = getelementptr inbounds i32, i32* %91, i64 4
%95 = bitcast i32* %94 to <4 x i32>*
%96 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %95
%97 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %89
%98 = bitcast i32* %97 to <4 x i32>*
%99 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %98
%100 = getelementptr inbounds i32, i32* %97, i64 4
%101 = bitcast i32* %100 to <4 x i32>*
%102 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %101
%103 = sub nsw <4 x i32> %93, %99
%104 = sub nsw <4 x i32> %96, %102
%105 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %89
%106 = bitcast i32* %105 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %103, <4 x i32>* %106
%107 = getelementptr inbounds i32, i32* %105, i64 4
%108 = bitcast i32* %107 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %104, <4 x i32>* %108
br label %109
109: ; preds = %88, %90
br i1 %19, label %160, label %110
110: ; preds = %32, %22, %109
%111 = phi i64 [ 0, %32 ], [ 0, %22 ], [ %14, %109 ]
%112 = xor i64 %111, -1
%113 = add nsw i64 %112, %8
br i1 %21, label %126, label %114
114: ; preds = %110, %114
%115 = phi i64 [ %123, %114 ], [ %111, %110 ]
%116 = phi i64 [ %124, %114 ], [ 0, %110 ]
%117 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %115
%118 = load i32, i32* %117
%119 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %115
%120 = load i32, i32* %119
%121 = sub nsw i32 %118, %120
%122 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %115
store i32 %121, i32* %122
%123 = add nuw nsw i64 %115, 1
%124 = add i64 %116, 1
%125 = icmp eq i64 %124, %20
br i1 %125, label %126, label %114
126: ; preds = %114, %110
%127 = phi i64 [ %111, %110 ], [ %123, %114 ]
%128 = icmp ult i64 %113, 3
br i1 %128, label %160, label %129
129: ; preds = %126, %129
%130 = phi i64 [ %158, %129 ], [ %127, %126 ]
%131 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %130
%132 = load i32, i32* %131
%133 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %130
%134 = load i32, i32* %133
%135 = sub nsw i32 %132, %134
%136 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %130
store i32 %135, i32* %136
%137 = add nuw nsw i64 %130, 1
%138 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %137
%139 = load i32, i32* %138
%140 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %137
%141 = load i32, i32* %140
%142 = sub nsw i32 %139, %141
%143 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %137
store i32 %142, i32* %143
%144 = add nuw nsw i64 %130, 2
%145 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %144
%146 = load i32, i32* %145
%147 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %144
%148 = load i32, i32* %147
%149 = sub nsw i32 %146, %148
%150 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %144
store i32 %149, i32* %150
%151 = add nuw nsw i64 %130, 3
%152 = getelementptr inbounds i32, i32* %29, i64 %151
%153 = load i32, i32* %152
%154 = getelementptr inbounds i32, i32* %30, i64 %151
%155 = load i32, i32* %154
%156 = sub nsw i32 %153, %155
%157 = getelementptr inbounds i32, i32* %31, i64 %151
store i32 %156, i32* %157
%158 = add nuw nsw i64 %130, 4
%159 = icmp eq i64 %158, %8
br i1 %159, label %160, label %129
160: ; preds = %126, %129, %109
%161 = add nuw nsw i64 %23, 1
%162 = icmp eq i64 %161, %8
br i1 %162, label %163, label %22
163: ; preds = %160, %4
ret void
}