void matrix_vector_mult(const double *mat, const double *vec, double *c,
                        unsigned int rows, unsigned int cols,
                        unsigned int stepSize) {
  for (unsigned int i = 0; i < rows; i++) {
    double res = 0.0;
    for (unsigned int j = 0; j < cols; j++)
      res += (mat[i * stepSize + j] * vec[j]);
    c[i] = res;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_vector_mult>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %ecx,-0x1c(%rbp)
mov    %r8d,-0x20(%rbp)
mov    %r9d,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jae    11a9 <matrix_vector_mult+0xa9>
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
jae    118a <matrix_vector_mult+0x8a>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
imul   -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%ecx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x30(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    113d <matrix_vector_mult+0x3d>
movsd  -0x30(%rbp),%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1122 <matrix_vector_mult+0x22>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_vector_mult>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
test   %ecx,%ecx
je     11ff <matrix_vector_mult+0xff>
mov    %ecx,%r11d
mov    %r8d,%r12d
lea    -0x1(%r12),%r10
mov    %r12d,%r13d
and    $0x3,%r13d
and    $0xfffffffc,%r12d
xor    %r14d,%r14d
xor    %r15d,%r15d
jmp    1146 <matrix_vector_mult+0x46>
movsd  %xmm0,(%rdx,%r15,8)
add    $0x1,%r15
add    %r9d,%r14d
cmp    %r11,%r15
je     11ff <matrix_vector_mult+0xff>
xorpd  %xmm0,%xmm0
test   %r8d,%r8d
je     1130 <matrix_vector_mult+0x30>
cmp    $0x3,%r10
jae    1160 <matrix_vector_mult+0x60>
xor    %ebx,%ebx
jmp    11c2 <matrix_vector_mult+0xc2>
nopl   0x0(%rax)
mov    %r14d,%eax
xor    %ebx,%ebx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
mov    %eax,%ecx
movsd  (%rdi,%rcx,8),%xmm1
mulsd  (%rsi,%rbx,8),%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
lea    0x1(%rax),%ecx
movsd  (%rdi,%rcx,8),%xmm0
mulsd  0x8(%rsi,%rbx,8),%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
lea    0x2(%rax),%ecx
movsd  (%rdi,%rcx,8),%xmm1
mulsd  0x10(%rsi,%rbx,8),%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
lea    0x3(%rax),%ecx
movsd  (%rdi,%rcx,8),%xmm0
mulsd  0x18(%rsi,%rbx,8),%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
add    $0x4,%rbx
add    $0x4,%eax
cmp    %rbx,%r12
jne    1170 <matrix_vector_mult+0x70>
test   %r13,%r13
je     1130 <matrix_vector_mult+0x30>
lea    (%rsi,%rbx,8),%rax
add    %r14d,%ebx
xor    %ecx,%ecx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
lea    (%rbx,%rcx,1),%ebp
movsd  (%rdi,%rbp,8),%xmm1
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
addsd  %xmm1,%xmm0
add    $0x1,%rcx
cmp    %rcx,%r13
jne    11e0 <matrix_vector_mult+0xe0>
jmp    1130 <matrix_vector_mult+0x30>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @matrix_vector_mult(double* %0, double* %1, double* %2, i32 %3, i32 %4, i32 %5) {
%7 = alloca double*
%8 = alloca double*
%9 = alloca double*
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
%14 = alloca double
%15 = alloca i32
store double* %0, double** %7
store double* %1, double** %8
store double* %2, double** %9
store i32 %3, i32* %10
store i32 %4, i32* %11
store i32 %5, i32* %12
store i32 0, i32* %13
br label %16
16: ; preds = %51, %6
%17 = load i32, i32* %13
%18 = load i32, i32* %10
%19 = icmp ult i32 %17, %18
br i1 %19, label %20, label %54
20: ; preds = %16
store double 0.000000e+00, double* %14
store i32 0, i32* %15
br label %21
21: ; preds = %42, %20
%22 = load i32, i32* %15
%23 = load i32, i32* %11
%24 = icmp ult i32 %22, %23
br i1 %24, label %25, label %45
25: ; preds = %21
%26 = load double*, double** %7
%27 = load i32, i32* %13
%28 = load i32, i32* %12
%29 = mul i32 %27, %28
%30 = load i32, i32* %15
%31 = add i32 %29, %30
%32 = zext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds double, double* %26, i64 %32
%34 = load double, double* %33
%35 = load double*, double** %8
%36 = load i32, i32* %15
%37 = zext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %35, i64 %37
%39 = load double, double* %38
%40 = load double, double* %14
%41 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %34, double %39, double %40)
store double %41, double* %14
br label %42
42: ; preds = %25
%43 = load i32, i32* %15
%44 = add i32 %43, 1
store i32 %44, i32* %15
br label %21
45: ; preds = %21
%46 = load double, double* %14
%47 = load double*, double** %9
%48 = load i32, i32* %13
%49 = zext i32 %48 to i64
%50 = getelementptr inbounds double, double* %47, i64 %49
store double %46, double* %50
br label %51
51: ; preds = %45
%52 = load i32, i32* %13
%53 = add i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %13
br label %16
54: ; preds = %16
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @matrix_vector_mult(double* nocapture %0, double* nocapture %1, double* nocapture writeonly %2, i32 %3, i32 %4, i32 %5) {
%7 = icmp eq i32 %3, 0
br i1 %7, label %22, label %8
8: ; preds = %6
%9 = icmp eq i32 %4, 0
%10 = zext i32 %3 to i64
%11 = zext i32 %4 to i64
%12 = add nsw i64 %11, -1
%13 = and i64 %11, 3
%14 = icmp ult i64 %12, 3
%15 = and i64 %11, 4294967292
%16 = icmp eq i64 %13, 0
br label %17
17: ; preds = %8, %42
%18 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %45, %42 ]
br i1 %9, label %42, label %19
19: ; preds = %17
%20 = trunc i64 %18 to i32
%21 = mul i32 %20, %5
br i1 %14, label %23, label %47
22: ; preds = %42, %6
ret void
23: ; preds = %47, %19
%24 = phi double [ undef, %19 ], [ %85, %47 ]
%25 = phi i64 [ 0, %19 ], [ %86, %47 ]
%26 = phi double [ 0.000000e+00, %19 ], [ %85, %47 ]
br i1 %16, label %42, label %27
27: ; preds = %23, %27
%28 = phi i64 [ %39, %27 ], [ %25, %23 ]
%29 = phi double [ %38, %27 ], [ %26, %23 ]
%30 = phi i64 [ %40, %27 ], [ 0, %23 ]
%31 = trunc i64 %28 to i32
%32 = add i32 %21, %31
%33 = zext i32 %32 to i64
%34 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %33
%35 = load double, double* %34
%36 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %28
%37 = load double, double* %36
%38 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %35, double %37, double %29)
%39 = add nuw nsw i64 %28, 1
%40 = add i64 %30, 1
%41 = icmp eq i64 %40, %13
br i1 %41, label %42, label %27
42: ; preds = %23, %27, %17
%43 = phi double [ 0.000000e+00, %17 ], [ %24, %23 ], [ %38, %27 ]
%44 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %18
store double %43, double* %44
%45 = add nuw nsw i64 %18, 1
%46 = icmp eq i64 %45, %10
br i1 %46, label %22, label %17
47: ; preds = %19, %47
%48 = phi i64 [ %86, %47 ], [ 0, %19 ]
%49 = phi double [ %85, %47 ], [ 0.000000e+00, %19 ]
%50 = phi i64 [ %87, %47 ], [ 0, %19 ]
%51 = trunc i64 %48 to i32
%52 = add i32 %21, %51
%53 = zext i32 %52 to i64
%54 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %53
%55 = load double, double* %54
%56 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %48
%57 = load double, double* %56
%58 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %55, double %57, double %49)
%59 = or i64 %48, 1
%60 = trunc i64 %59 to i32
%61 = add i32 %21, %60
%62 = zext i32 %61 to i64
%63 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %62
%64 = load double, double* %63
%65 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %59
%66 = load double, double* %65
%67 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %64, double %66, double %58)
%68 = or i64 %48, 2
%69 = trunc i64 %68 to i32
%70 = add i32 %21, %69
%71 = zext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %71
%73 = load double, double* %72
%74 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %68
%75 = load double, double* %74
%76 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %73, double %75, double %67)
%77 = or i64 %48, 3
%78 = trunc i64 %77 to i32
%79 = add i32 %21, %78
%80 = zext i32 %79 to i64
%81 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %80
%82 = load double, double* %81
%83 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %77
%84 = load double, double* %83
%85 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %82, double %84, double %76)
%86 = add nuw nsw i64 %48, 4
%87 = add i64 %50, 4
%88 = icmp eq i64 %87, %15
br i1 %88, label %23, label %47
}