void matrix_multiply(unsigned char matrix1[4][4], unsigned char matrix2[4][4],
                     unsigned char target[4][4]) {
  int i;
  int j;
  for (i = 0; i < 4; i++) {
    for (j = 0; j < 4; j++) {
      target[i][j] =
          matrix1[i][0] * matrix2[0][j] + matrix1[i][1] * matrix2[1][j] +
          matrix1[i][2] * matrix2[2][j] + matrix1[i][3] * matrix2[3][j];
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matrix_multiply>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x1c(%rbp)
jge    11e3 <matrix_multiply+0xe3>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x20(%rbp)
jge    11d0 <matrix_multiply+0xd0>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movzbl (%rax,%rcx,4),%eax
mov    -0x10(%rbp),%rcx
movslq -0x20(%rbp),%rdx
movzbl (%rcx,%rdx,1),%ecx
imul   %ecx,%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
movzbl 0x1(%rcx,%rdx,4),%ecx
mov    -0x10(%rbp),%rdx
movslq -0x20(%rbp),%rsi
movzbl 0x4(%rdx,%rsi,1),%edx
imul   %edx,%ecx
add    %ecx,%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
movzbl 0x2(%rcx,%rdx,4),%ecx
mov    -0x10(%rbp),%rdx
movslq -0x20(%rbp),%rsi
movzbl 0x8(%rdx,%rsi,1),%edx
imul   %edx,%ecx
add    %ecx,%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x1c(%rbp),%rdx
movzbl 0x3(%rcx,%rdx,4),%ecx
mov    -0x10(%rbp),%rdx
movslq -0x20(%rbp),%rsi
movzbl 0xc(%rdx,%rsi,1),%edx
imul   %edx,%ecx
add    %ecx,%eax
mov    %al,%dl
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1128 <matrix_multiply+0x28>
jmp    11d5 <matrix_multiply+0xd5>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1117 <matrix_multiply+0x17>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matrix_multiply>:
xor    %ecx,%ecx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax)
movzbl (%rsi),%eax
movzbl 0x4(%rsi),%r9d
mulb   (%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
mov    %r9d,%eax
mulb   0x1(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r9d
add    %r8b,%r9b
movzbl 0x8(%rsi),%eax
mulb   0x2(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
add    %r9b,%r8b
movzbl 0xc(%rsi),%eax
mulb   0x3(%rdi,%rcx,4)
add    %r8b,%al
mov    %al,(%rdx,%rcx,4)
movzbl 0x1(%rsi),%eax
movzbl 0x5(%rsi),%r9d
mulb   (%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
mov    %r9d,%eax
mulb   0x1(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r9d
add    %r8b,%r9b
movzbl 0x9(%rsi),%eax
mulb   0x2(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
add    %r9b,%r8b
movzbl 0xd(%rsi),%eax
mulb   0x3(%rdi,%rcx,4)
add    %r8b,%al
mov    %al,0x1(%rdx,%rcx,4)
movzbl 0x2(%rsi),%eax
movzbl 0x6(%rsi),%r9d
mulb   (%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
mov    %r9d,%eax
mulb   0x1(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r9d
add    %r8b,%r9b
movzbl 0xa(%rsi),%eax
mulb   0x2(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
add    %r9b,%r8b
movzbl 0xe(%rsi),%eax
mulb   0x3(%rdi,%rcx,4)
add    %r8b,%al
mov    %al,0x2(%rdx,%rcx,4)
movzbl 0x3(%rsi),%eax
movzbl 0x7(%rsi),%r9d
mulb   (%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
mov    %r9d,%eax
mulb   0x1(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r9d
add    %r8b,%r9b
movzbl 0xb(%rsi),%eax
mulb   0x2(%rdi,%rcx,4)
mov    %eax,%r8d
add    %r9b,%r8b
movzbl 0xf(%rsi),%eax
mulb   0x3(%rdi,%rcx,4)
add    %r8b,%al
mov    %al,0x3(%rdx,%rcx,4)
add    $0x1,%rcx
cmp    $0x4,%rcx
jne    1110 <matrix_multiply+0x10>
ret

LLVM IR (-O0):
define void @matrix_multiply([4 x i8]* %0, [4 x i8]* %1, [4 x i8]* %2) {
%4 = alloca [4 x i8]*
%5 = alloca [4 x i8]*
%6 = alloca [4 x i8]*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
store [4 x i8]* %0, [4 x i8]** %4
store [4 x i8]* %1, [4 x i8]** %5
store [4 x i8]* %2, [4 x i8]** %6
store i32 0, i32* %7
br label %9
9: ; preds = %92, %3
%10 = load i32, i32* %7
%11 = icmp slt i32 %10, 4
br i1 %11, label %12, label %95
12: ; preds = %9
store i32 0, i32* %8
br label %13
13: ; preds = %88, %12
%14 = load i32, i32* %8
%15 = icmp slt i32 %14, 4
br i1 %15, label %16, label %91
16: ; preds = %13
%17 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %4
%18 = load i32, i32* %7
%19 = sext i32 %18 to i64
%20 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %17, i64 %19
%21 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %20, i64 0, i64 0
%22 = load i8, i8* %21
%23 = zext i8 %22 to i32
%24 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %5
%25 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %24, i64 0
%26 = load i32, i32* %8
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %25, i64 0, i64 %27
%29 = load i8, i8* %28
%30 = zext i8 %29 to i32
%31 = mul nsw i32 %23, %30
%32 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %4
%33 = load i32, i32* %7
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %32, i64 %34
%36 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %35, i64 0, i64 1
%37 = load i8, i8* %36
%38 = zext i8 %37 to i32
%39 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %5
%40 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %39, i64 1
%41 = load i32, i32* %8
%42 = sext i32 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %40, i64 0, i64 %42
%44 = load i8, i8* %43
%45 = zext i8 %44 to i32
%46 = mul nsw i32 %38, %45
%47 = add nsw i32 %31, %46
%48 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %4
%49 = load i32, i32* %7
%50 = sext i32 %49 to i64
%51 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %48, i64 %50
%52 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %51, i64 0, i64 2
%53 = load i8, i8* %52
%54 = zext i8 %53 to i32
%55 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %5
%56 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %55, i64 2
%57 = load i32, i32* %8
%58 = sext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %56, i64 0, i64 %58
%60 = load i8, i8* %59
%61 = zext i8 %60 to i32
%62 = mul nsw i32 %54, %61
%63 = add nsw i32 %47, %62
%64 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %4
%65 = load i32, i32* %7
%66 = sext i32 %65 to i64
%67 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %64, i64 %66
%68 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %67, i64 0, i64 3
%69 = load i8, i8* %68
%70 = zext i8 %69 to i32
%71 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %5
%72 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %71, i64 3
%73 = load i32, i32* %8
%74 = sext i32 %73 to i64
%75 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %72, i64 0, i64 %74
%76 = load i8, i8* %75
%77 = zext i8 %76 to i32
%78 = mul nsw i32 %70, %77
%79 = add nsw i32 %63, %78
%80 = trunc i32 %79 to i8
%81 = load [4 x i8]*, [4 x i8]** %6
%82 = load i32, i32* %7
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %81, i64 %83
%85 = load i32, i32* %8
%86 = sext i32 %85 to i64
%87 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %84, i64 0, i64 %86
store i8 %80, i8* %87
br label %88
88: ; preds = %16
%89 = load i32, i32* %8
%90 = add nsw i32 %89, 1
store i32 %90, i32* %8
br label %13
91: ; preds = %13
br label %92
92: ; preds = %91
%93 = load i32, i32* %7
%94 = add nsw i32 %93, 1
store i32 %94, i32* %7
br label %9
95: ; preds = %9
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @matrix_multiply([4 x i8]* nocapture %0, [4 x i8]* nocapture %1, [4 x i8]* nocapture writeonly %2) {
%4 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 0, i64 0
%5 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 1, i64 0
%6 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 2, i64 0
%7 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 3, i64 0
%8 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 0, i64 1
%9 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 1, i64 1
%10 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 2, i64 1
%11 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 3, i64 1
%12 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 0, i64 2
%13 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 1, i64 2
%14 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 2, i64 2
%15 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 3, i64 2
%16 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 0, i64 3
%17 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 1, i64 3
%18 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 2, i64 3
%19 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %1, i64 3, i64 3
br label %20
20: ; preds = %3, %20
%21 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %90, %20 ]
%22 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %0, i64 %21, i64 0
%23 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %0, i64 %21, i64 1
%24 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %0, i64 %21, i64 2
%25 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %0, i64 %21, i64 3
%26 = load i8, i8* %22
%27 = load i8, i8* %4
%28 = mul i8 %27, %26
%29 = load i8, i8* %23
%30 = load i8, i8* %5
%31 = mul i8 %30, %29
%32 = add i8 %31, %28
%33 = load i8, i8* %24
%34 = load i8, i8* %6
%35 = mul i8 %34, %33
%36 = add i8 %32, %35
%37 = load i8, i8* %25
%38 = load i8, i8* %7
%39 = mul i8 %38, %37
%40 = add i8 %36, %39
%41 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %2, i64 %21, i64 0
store i8 %40, i8* %41
%42 = load i8, i8* %22
%43 = load i8, i8* %8
%44 = mul i8 %43, %42
%45 = load i8, i8* %23
%46 = load i8, i8* %9
%47 = mul i8 %46, %45
%48 = add i8 %47, %44
%49 = load i8, i8* %24
%50 = load i8, i8* %10
%51 = mul i8 %50, %49
%52 = add i8 %48, %51
%53 = load i8, i8* %25
%54 = load i8, i8* %11
%55 = mul i8 %54, %53
%56 = add i8 %52, %55
%57 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %2, i64 %21, i64 1
store i8 %56, i8* %57
%58 = load i8, i8* %22
%59 = load i8, i8* %12
%60 = mul i8 %59, %58
%61 = load i8, i8* %23
%62 = load i8, i8* %13
%63 = mul i8 %62, %61
%64 = add i8 %63, %60
%65 = load i8, i8* %24
%66 = load i8, i8* %14
%67 = mul i8 %66, %65
%68 = add i8 %64, %67
%69 = load i8, i8* %25
%70 = load i8, i8* %15
%71 = mul i8 %70, %69
%72 = add i8 %68, %71
%73 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %2, i64 %21, i64 2
store i8 %72, i8* %73
%74 = load i8, i8* %22
%75 = load i8, i8* %16
%76 = mul i8 %75, %74
%77 = load i8, i8* %23
%78 = load i8, i8* %17
%79 = mul i8 %78, %77
%80 = add i8 %79, %76
%81 = load i8, i8* %24
%82 = load i8, i8* %18
%83 = mul i8 %82, %81
%84 = add i8 %80, %83
%85 = load i8, i8* %25
%86 = load i8, i8* %19
%87 = mul i8 %86, %85
%88 = add i8 %84, %87
%89 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %2, i64 %21, i64 3
store i8 %88, i8* %89
%90 = add nuw nsw i64 %21, 1
%91 = icmp eq i64 %90, 4
br i1 %91, label %92, label %20
92: ; preds = %20
ret void
}