int bit_sum(unsigned char *buf, unsigned int buf_len) {
  unsigned int sum = 0;
  unsigned int i;
  int ratio[16] = {-4, -2, -2, 0, -2, 0, 0, 2, -2, 0, 0, 2, 0, 2, 2, 4};
  for (i = 0; i < buf_len; i++)
    sum += ratio[buf[i] & 0x0f] + ratio[buf[i] >> 4];
  return sum;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<bit_sum>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
sub    $0x60,%rsp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
movl   $0x0,-0x10(%rbp)
lea    -0x60(%rbp),%rdi
lea    0xecf(%rip),%rsi
mov    $0x40,%edx
call   1030 <memcpy@plt>
movl   $0x0,-0x14(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jae    118b <bit_sum+0x7b>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
movzbl (%rax,%rcx,1),%eax
and    $0xf,%eax
cltq
mov    -0x60(%rbp,%rax,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
mov    -0x14(%rbp),%edx
movzbl (%rcx,%rdx,1),%ecx
sar    $0x4,%ecx
movslq %ecx,%rcx
add    -0x60(%rbp,%rcx,4),%eax
add    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x10(%rbp)
mov    -0x14(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    1142 <bit_sum+0x32>
mov    -0x10(%rbp),%eax
add    $0x60,%rsp
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<bit_sum>:
test   %esi,%esi
je     1112 <bit_sum+0x12>
mov    %esi,%r8d
cmp    $0x1,%esi
jne    1115 <bit_sum+0x15>
xor    %edx,%edx
xor    %eax,%eax
jmp    1164 <bit_sum+0x64>
xor    %eax,%eax
ret
mov    %r8d,%r9d
and    $0xfffffffe,%r9d
xor    %edx,%edx
lea    0xedb(%rip),%r10
xor    %eax,%eax
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
movzbl (%rdi,%rdx,1),%ecx
mov    %ecx,%esi
and    $0xf,%esi
add    (%r10,%rsi,4),%eax
shr    $0x4,%rcx
add    (%r10,%rcx,4),%eax
movzbl 0x1(%rdi,%rdx,1),%ecx
mov    %ecx,%esi
and    $0xf,%esi
shr    $0x4,%rcx
add    (%r10,%rsi,4),%eax
add    (%r10,%rcx,4),%eax
add    $0x2,%rdx
cmp    %rdx,%r9
jne    1130 <bit_sum+0x30>
test   $0x1,%r8b
je     1184 <bit_sum+0x84>
movzbl (%rdi,%rdx,1),%ecx
mov    %ecx,%edx
and    $0xf,%edx
lea    0xe86(%rip),%rsi
shr    $0x4,%rcx
add    (%rsi,%rdx,4),%eax
add    (%rsi,%rcx,4),%eax
ret

LLVM IR (-O0):
@__const.bit_sum.ratio = [16 x i32] [i32 -4, i32 -2, i32 -2, i32 0, i32 -2, i32 0, i32 0, i32 2, i32 -2, i32 0, i32 0, i32 2, i32 0, i32 2, i32 2, i32 4]
define i32 @bit_sum(i8* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i8*
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca [16 x i32]
store i8* %0, i8** %3
store i32 %1, i32* %4
store i32 0, i32* %5
%8 = bitcast [16 x i32]* %7 to i8*
store i32 0, i32* %6
br label %9
9: ; preds = %37, %2
%10 = load i32, i32* %6
%11 = load i32, i32* %4
%12 = icmp ult i32 %10, %11
br i1 %12, label %13, label %40
13: ; preds = %9
%14 = load i8*, i8** %3
%15 = load i32, i32* %6
%16 = zext i32 %15 to i64
%17 = getelementptr inbounds i8, i8* %14, i64 %16
%18 = load i8, i8* %17
%19 = zext i8 %18 to i32
%20 = and i32 %19, 15
%21 = sext i32 %20 to i64
%22 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* %7, i64 0, i64 %21
%23 = load i32, i32* %22
%24 = load i8*, i8** %3
%25 = load i32, i32* %6
%26 = zext i32 %25 to i64
%27 = getelementptr inbounds i8, i8* %24, i64 %26
%28 = load i8, i8* %27
%29 = zext i8 %28 to i32
%30 = ashr i32 %29, 4
%31 = sext i32 %30 to i64
%32 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* %7, i64 0, i64 %31
%33 = load i32, i32* %32
%34 = add nsw i32 %23, %33
%35 = load i32, i32* %5
%36 = add i32 %35, %34
store i32 %36, i32* %5
br label %37
37: ; preds = %13
%38 = load i32, i32* %6
%39 = add i32 %38, 1
store i32 %39, i32* %6
br label %9
40: ; preds = %9
%41 = load i32, i32* %5
ret i32 %41
}

LLVM IR (-O2):
@__const.bit_sum.ratio = [16 x i32] [i32 -4, i32 -2, i32 -2, i32 0, i32 -2, i32 0, i32 0, i32 2, i32 -2, i32 0, i32 0, i32 2, i32 0, i32 2, i32 2, i32 4]
define i32 @bit_sum(i8* nocapture %0, i32 %1) {
%3 = icmp eq i32 %1, 0
br i1 %3, label %63, label %4
4: ; preds = %2
%5 = zext i32 %1 to i64
%6 = and i64 %5, 1
%7 = icmp eq i32 %1, 1
br i1 %7, label %44, label %8
8: ; preds = %4
%9 = and i64 %5, 4294967294
br label %10
10: ; preds = %10, %8
%11 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %41, %10 ]
%12 = phi i32 [ 0, %8 ], [ %40, %10 ]
%13 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %42, %10 ]
%14 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %11
%15 = load i8, i8* %14
%16 = zext i8 %15 to i32
%17 = and i32 %16, 15
%18 = zext i32 %17 to i64
%19 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %18
%20 = load i32, i32* %19
%21 = lshr i32 %16, 4
%22 = zext i32 %21 to i64
%23 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %22
%24 = load i32, i32* %23
%25 = add i32 %20, %12
%26 = add i32 %25, %24
%27 = or i64 %11, 1
%28 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %27
%29 = load i8, i8* %28
%30 = zext i8 %29 to i32
%31 = and i32 %30, 15
%32 = zext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %32
%34 = load i32, i32* %33
%35 = lshr i32 %30, 4
%36 = zext i32 %35 to i64
%37 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %36
%38 = load i32, i32* %37
%39 = add i32 %34, %26
%40 = add i32 %39, %38
%41 = add nuw nsw i64 %11, 2
%42 = add i64 %13, 2
%43 = icmp eq i64 %42, %9
br i1 %43, label %44, label %10
44: ; preds = %10, %4
%45 = phi i32 [ undef, %4 ], [ %40, %10 ]
%46 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %41, %10 ]
%47 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %40, %10 ]
%48 = icmp eq i64 %6, 0
br i1 %48, label %63, label %49
49: ; preds = %44
%50 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %46
%51 = load i8, i8* %50
%52 = zext i8 %51 to i32
%53 = and i32 %52, 15
%54 = zext i32 %53 to i64
%55 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = lshr i32 %52, 4
%58 = zext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds [16 x i32], [16 x i32]* @__const.bit_sum.ratio, i64 0, i64 %58
%60 = load i32, i32* %59
%61 = add i32 %56, %47
%62 = add i32 %61, %60
br label %63
63: ; preds = %49, %44, %2
%64 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %45, %44 ], [ %62, %49 ]
ret i32 %64
}