void col_gradient(int nrows, int ncols, double *f, double step, double *df) {
  int k, j;
  int colN = nrows * (ncols - 1);
  int colN1 = nrows * (ncols - 2);
  for (k = 0; k < nrows; k++) {
    df[k] = (f[k + nrows] - f[k]) / step;
    df[k + colN] = (f[k + colN] - f[k + colN1]) / step;
    for (j = 1; j < ncols - 1; j++) {
      df[k + j * nrows] =
          (f[k + (j + 1) * nrows] - f[k + (j - 1) * nrows]) / (2 * step);
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<col_gradient>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %rdx,-0x10(%rbp)
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
imul   %ecx,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%ecx
sub    $0x2,%ecx
imul   %ecx,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x4(%rbp),%eax
jge    124c <col_gradient+0x14c>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x4(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
divsd  -0x18(%rbp),%xmm0
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x2c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x30(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
divsd  -0x18(%rbp),%xmm0
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x2c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
movl   $0x1,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    1239 <col_gradient+0x139>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    -0x28(%rbp),%edx
add    $0x1,%edx
imul   -0x4(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    -0x28(%rbp),%edx
sub    $0x1,%edx
imul   -0x4(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
movsd  0xdf6(%rip),%xmm1
mulsd  -0x18(%rbp),%xmm1
divsd  %xmm1,%xmm0
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
mov    -0x28(%rbp),%edx
imul   -0x4(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    11bb <col_gradient+0xbb>
jmp    123e <col_gradient+0x13e>
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    113c <col_gradient+0x3c>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<col_gradient>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
test   %edi,%edi
jle    11e0 <col_gradient+0xe0>
lea    -0x1(%rsi),%eax
lea    -0x2(%rsi),%ebp
imul   %edi,%ebp
mov    %eax,%r8d
imul   %edi,%eax
movapd %xmm0,%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
mov    %edi,%r11d
movslq %eax,%r9
movslq %ebp,%r10
lea    (%rcx,%r11,8),%r13
lea    0x0(,%r11,8),%r12
add    $0xffffffffffffffff,%r8
mov    %r11,%r14
shl    $0x4,%r14
xor    %r15d,%r15d
mov    %rdx,%rbx
jmp    1171 <col_gradient+0x71>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r15
add    $0x8,%r13
add    $0x8,%rbx
cmp    %r11,%r15
je     11e0 <col_gradient+0xe0>
lea    (%r15,%r11,1),%rax
lea    (%r15,%r9,1),%rdi
lea    (%r15,%r10,1),%rbp
movsd  (%rdx,%rax,8),%xmm2
subsd  (%rdx,%r15,8),%xmm2
divsd  %xmm0,%xmm2
movsd  %xmm2,(%rcx,%r15,8)
movsd  (%rdx,%rdi,8),%xmm2
subsd  (%rdx,%rbp,8),%xmm2
divsd  %xmm0,%xmm2
movsd  %xmm2,(%rcx,%rdi,8)
cmp    $0x3,%esi
jl     1160 <col_gradient+0x60>
lea    (%rbx,%r14,1),%rdi
mov    %r8,%rax
xor    %ebp,%ebp
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
movsd  (%rdi,%rbp,1),%xmm2
subsd  (%rbx,%rbp,1),%xmm2
divsd  %xmm1,%xmm2
movsd  %xmm2,0x0(%r13,%rbp,1)
add    %r12,%rbp
add    $0xffffffffffffffff,%rax
jne    11c0 <col_gradient+0xc0>
jmp    1160 <col_gradient+0x60>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @col_gradient(i32 %0, i32 %1, double* %2, double %3, double* %4) {
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca double*
%9 = alloca double
%10 = alloca double*
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
%14 = alloca i32
store i32 %0, i32* %6
store i32 %1, i32* %7
store double* %2, double** %8
store double %3, double* %9
store double* %4, double** %10
%15 = load i32, i32* %6
%16 = load i32, i32* %7
%17 = sub nsw i32 %16, 1
%18 = mul nsw i32 %15, %17
store i32 %18, i32* %13
%19 = load i32, i32* %6
%20 = load i32, i32* %7
%21 = sub nsw i32 %20, 2
%22 = mul nsw i32 %19, %21
store i32 %22, i32* %14
store i32 0, i32* %11
br label %23
23: ; preds = %112, %5
%24 = load i32, i32* %11
%25 = load i32, i32* %6
%26 = icmp slt i32 %24, %25
br i1 %26, label %27, label %115
27: ; preds = %23
%28 = load double*, double** %8
%29 = load i32, i32* %11
%30 = load i32, i32* %6
%31 = add nsw i32 %29, %30
%32 = sext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds double, double* %28, i64 %32
%34 = load double, double* %33
%35 = load double*, double** %8
%36 = load i32, i32* %11
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %35, i64 %37
%39 = load double, double* %38
%40 = fsub double %34, %39
%41 = load double, double* %9
%42 = fdiv double %40, %41
%43 = load double*, double** %10
%44 = load i32, i32* %11
%45 = sext i32 %44 to i64
%46 = getelementptr inbounds double, double* %43, i64 %45
store double %42, double* %46
%47 = load double*, double** %8
%48 = load i32, i32* %11
%49 = load i32, i32* %13
%50 = add nsw i32 %48, %49
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds double, double* %47, i64 %51
%53 = load double, double* %52
%54 = load double*, double** %8
%55 = load i32, i32* %11
%56 = load i32, i32* %14
%57 = add nsw i32 %55, %56
%58 = sext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds double, double* %54, i64 %58
%60 = load double, double* %59
%61 = fsub double %53, %60
%62 = load double, double* %9
%63 = fdiv double %61, %62
%64 = load double*, double** %10
%65 = load i32, i32* %11
%66 = load i32, i32* %13
%67 = add nsw i32 %65, %66
%68 = sext i32 %67 to i64
%69 = getelementptr inbounds double, double* %64, i64 %68
store double %63, double* %69
store i32 1, i32* %12
br label %70
70: ; preds = %108, %27
%71 = load i32, i32* %12
%72 = load i32, i32* %7
%73 = sub nsw i32 %72, 1
%74 = icmp slt i32 %71, %73
br i1 %74, label %75, label %111
75: ; preds = %70
%76 = load double*, double** %8
%77 = load i32, i32* %11
%78 = load i32, i32* %12
%79 = add nsw i32 %78, 1
%80 = load i32, i32* %6
%81 = mul nsw i32 %79, %80
%82 = add nsw i32 %77, %81
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds double, double* %76, i64 %83
%85 = load double, double* %84
%86 = load double*, double** %8
%87 = load i32, i32* %11
%88 = load i32, i32* %12
%89 = sub nsw i32 %88, 1
%90 = load i32, i32* %6
%91 = mul nsw i32 %89, %90
%92 = add nsw i32 %87, %91
%93 = sext i32 %92 to i64
%94 = getelementptr inbounds double, double* %86, i64 %93
%95 = load double, double* %94
%96 = fsub double %85, %95
%97 = load double, double* %9
%98 = fmul double 2.000000e+00, %97
%99 = fdiv double %96, %98
%100 = load double*, double** %10
%101 = load i32, i32* %11
%102 = load i32, i32* %12
%103 = load i32, i32* %6
%104 = mul nsw i32 %102, %103
%105 = add nsw i32 %101, %104
%106 = sext i32 %105 to i64
%107 = getelementptr inbounds double, double* %100, i64 %106
store double %99, double* %107
br label %108
108: ; preds = %75
%109 = load i32, i32* %12
%110 = add nsw i32 %109, 1
store i32 %110, i32* %12
br label %70
111: ; preds = %70
br label %112
112: ; preds = %111
%113 = load i32, i32* %11
%114 = add nsw i32 %113, 1
store i32 %114, i32* %11
br label %23
115: ; preds = %23
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @col_gradient(i32 %0, i32 %1, double* nocapture %2, double %3, double* nocapture writeonly %4) {
%6 = add i32 %1, -1
%7 = icmp sgt i32 %0, 0
br i1 %7, label %8, label %59
8: ; preds = %5
%9 = add nsw i32 %1, -2
%10 = mul nsw i32 %9, %0
%11 = mul nsw i32 %6, %0
%12 = icmp sgt i32 %1, 2
%13 = fmul double %3, 2.000000e+00
%14 = zext i32 %0 to i64
%15 = sext i32 %11 to i64
%16 = sext i32 %10 to i64
%17 = zext i32 %0 to i64
%18 = zext i32 %6 to i64
br label %19
19: ; preds = %8, %56
%20 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %57, %56 ]
%21 = add nuw nsw i64 %20, %14
%22 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %21
%23 = load double, double* %22
%24 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %20
%25 = load double, double* %24
%26 = fsub double %23, %25
%27 = fdiv double %26, %3
%28 = getelementptr inbounds double, double* %4, i64 %20
store double %27, double* %28
%29 = add nsw i64 %20, %15
%30 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %29
%31 = load double, double* %30
%32 = add nsw i64 %20, %16
%33 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %32
%34 = load double, double* %33
%35 = fsub double %31, %34
%36 = fdiv double %35, %3
%37 = getelementptr inbounds double, double* %4, i64 %29
store double %36, double* %37
br i1 %12, label %38, label %56
38: ; preds = %19, %38
%39 = phi i64 [ %40, %38 ], [ 1, %19 ]
%40 = add nuw nsw i64 %39, 1
%41 = mul nsw i64 %40, %14
%42 = add nuw nsw i64 %41, %20
%43 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %42
%44 = load double, double* %43
%45 = add nsw i64 %39, -1
%46 = mul nsw i64 %45, %14
%47 = add nsw i64 %46, %20
%48 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %47
%49 = load double, double* %48
%50 = fsub double %44, %49
%51 = fdiv double %50, %13
%52 = mul nsw i64 %39, %14
%53 = add nuw nsw i64 %52, %20
%54 = getelementptr inbounds double, double* %4, i64 %53
store double %51, double* %54
%55 = icmp eq i64 %40, %18
br i1 %55, label %56, label %38
56: ; preds = %38, %19
%57 = add nuw nsw i64 %20, 1
%58 = icmp eq i64 %57, %17
br i1 %58, label %59, label %19
59: ; preds = %56, %5
ret void
}