int generate(int *arr, int n, int start) {
  int ret = start;
  arr[0] = 0;
  arr[1] = 1;
  for (int i = 1; i < n; i++) {
    for (int j = (1 << (i + 1)) - 1; j >= (1 << i); j--) {
      arr[j] = ((1 << i) | arr[(1 << (i + 1)) - 1 - j]);
      if (arr[j] == start)
        ret = j;
    }
  }
  return ret;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<generate>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x10(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movl   $0x0,(%rax)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movl   $0x1,0x4(%rax)
movl   $0x1,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11da <generate+0xda>
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    $0x1,%eax
shl    %cl,%eax
sub    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%edx
shl    %cl,%edx
mov    %edx,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jl     11c7 <generate+0xc7>
mov    -0x18(%rbp),%ecx
mov    $0x1,%edx
shl    %cl,%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    $0x1,%esi
shl    %cl,%esi
mov    %esi,%ecx
sub    $0x1,%ecx
sub    -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
or     (%rax,%rcx,4),%edx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
cmp    -0x10(%rbp),%eax
jne    11b4 <generate+0xb4>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x14(%rbp)
jmp    11b9 <generate+0xb9>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    114f <generate+0x4f>
jmp    11cc <generate+0xcc>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1130 <generate+0x30>
mov    -0x14(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<generate>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %rbx
movabs $0x100000000,%rax
mov    %rax,(%rdi)
cmp    $0x2,%esi
jl     11d7 <generate+0xd7>
lea    0xc(%rdi),%r8
mov    $0x1,%r9d
mov    %edx,%eax
jmp    1139 <generate+0x39>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
cmp    %esi,%r9d
je     11d9 <generate+0xd9>
mov    %r9d,%ecx
lea    0x1(%rcx),%r9d
mov    $0x2,%ebx
shl    %cl,%ebx
mov    $0x1,%r10d
shl    %cl,%r10d
cmp    %r10d,%ebx
jle    1130 <generate+0x30>
movslq %ebx,%r15
add    $0xffffffff,%ebx
movslq %ebx,%r14
movslq %r10d,%r11
test   $0x1,%r11b
jne    1170 <generate+0x70>
mov    %r15,%rcx
jmp    118a <generate+0x8a>
nopl   0x0(%rax)
lea    -0x1(%r15),%rcx
mov    %r14,%rbx
sub    %rcx,%rbx
mov    (%rdi,%rbx,4),%ebx
or     %r10d,%ebx
mov    %ebx,-0x4(%rdi,%r15,4)
cmp    %edx,%ebx
cmove  %ecx,%eax
mov    %r11,%rbx
not    %rbx
add    %r15,%rbx
je     1130 <generate+0x30>
sub    %rcx,%r14
lea    (%r8,%r14,4),%rbx
add    $0xfffffffffffffffc,%rbx
mov    -0x4(%rbx),%ebp
or     %r10d,%ebp
mov    %ebp,-0x4(%rdi,%rcx,4)
lea    -0x1(%rcx),%r14d
cmp    %edx,%ebp
cmovne %eax,%r14d
mov    (%rbx),%eax
or     %r10d,%eax
mov    %eax,-0x8(%rdi,%rcx,4)
add    $0xfffffffffffffffe,%rcx
cmp    %edx,%eax
mov    %ecx,%eax
cmovne %r14d,%eax
add    $0x8,%rbx
cmp    %r11,%rcx
jg     11a0 <generate+0xa0>
jmp    1130 <generate+0x30>
mov    %edx,%eax
pop    %rbx
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @generate(i32* %0, i32 %1, i32 %2) {
%4 = alloca i32*
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
store i32* %0, i32** %4
store i32 %1, i32* %5
store i32 %2, i32* %6
%10 = load i32, i32* %6
store i32 %10, i32* %7
%11 = load i32*, i32** %4
%12 = getelementptr inbounds i32, i32* %11, i64 0
store i32 0, i32* %12
%13 = load i32*, i32** %4
%14 = getelementptr inbounds i32, i32* %13, i64 1
store i32 1, i32* %14
store i32 1, i32* %8
br label %15
15: ; preds = %61, %3
%16 = load i32, i32* %8
%17 = load i32, i32* %5
%18 = icmp slt i32 %16, %17
br i1 %18, label %19, label %64
19: ; preds = %15
%20 = load i32, i32* %8
%21 = add nsw i32 %20, 1
%22 = shl i32 1, %21
%23 = sub nsw i32 %22, 1
store i32 %23, i32* %9
br label %24
24: ; preds = %57, %19
%25 = load i32, i32* %9
%26 = load i32, i32* %8
%27 = shl i32 1, %26
%28 = icmp sge i32 %25, %27
br i1 %28, label %29, label %60
29: ; preds = %24
%30 = load i32, i32* %8
%31 = shl i32 1, %30
%32 = load i32*, i32** %4
%33 = load i32, i32* %8
%34 = add nsw i32 %33, 1
%35 = shl i32 1, %34
%36 = sub nsw i32 %35, 1
%37 = load i32, i32* %9
%38 = sub nsw i32 %36, %37
%39 = sext i32 %38 to i64
%40 = getelementptr inbounds i32, i32* %32, i64 %39
%41 = load i32, i32* %40
%42 = or i32 %31, %41
%43 = load i32*, i32** %4
%44 = load i32, i32* %9
%45 = sext i32 %44 to i64
%46 = getelementptr inbounds i32, i32* %43, i64 %45
store i32 %42, i32* %46
%47 = load i32*, i32** %4
%48 = load i32, i32* %9
%49 = sext i32 %48 to i64
%50 = getelementptr inbounds i32, i32* %47, i64 %49
%51 = load i32, i32* %50
%52 = load i32, i32* %6
%53 = icmp eq i32 %51, %52
br i1 %53, label %54, label %56
54: ; preds = %29
%55 = load i32, i32* %9
store i32 %55, i32* %7
br label %56
56: ; preds = %54, %29
br label %57
57: ; preds = %56
%58 = load i32, i32* %9
%59 = add nsw i32 %58, -1
store i32 %59, i32* %9
br label %24
60: ; preds = %24
br label %61
61: ; preds = %60
%62 = load i32, i32* %8
%63 = add nsw i32 %62, 1
store i32 %63, i32* %8
br label %15
64: ; preds = %15
%65 = load i32, i32* %7
ret i32 %65
}

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