int validate_and_optimize(char *program, int len) {
  int i, has_io = 0, nesting_level = 0, has_cycles = 0;
  for (i = 0; i < len; i++) {
    if (program[i] == '[') {
      has_cycles = 1;
      if ((i < len - 1) && program[i + 1] == ']')
        return 0;
      nesting_level++;
      continue;
    }
    if (program[i] == ']') {
      nesting_level--;
      if (nesting_level < 0) {
        return 0;
      }
      continue;
    }
    if (program[i] == '.') {
      has_io = 1;
      continue;
    }
    if (i < len - 1) {
      switch (program[i]) {
      case '+':
        if (program[i + 1] == '-')
          return 0;
        break;
      case '-':
        if (program[i + 1] == '+')
          return 0;
        break;
      case '<':
        if (program[i + 1] == '>')
          return 0;
        break;
      case '>':
        if (program[i + 1] == '<')
          return 0;
        break;
      default:;
      }
    }
  }
  if (!has_io || !has_cycles || nesting_level)
    return 0;
  return 1;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<validate_and_optimize>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x10(%rbp)
mov    %esi,-0x14(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
movl   $0x0,-0x18(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    12fa <validate_and_optimize+0x1fa>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5b,%eax
jne    1194 <validate_and_optimize+0x94>
movl   $0x1,-0x24(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    1186 <validate_and_optimize+0x86>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5d,%eax
jne    1186 <validate_and_optimize+0x86>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    12ec <validate_and_optimize+0x1ec>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x5d,%eax
jne    11cd <validate_and_optimize+0xcd>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0xffffffff,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x0,-0x20(%rbp)
jge    11c8 <validate_and_optimize+0xc8>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
jmp    12ec <validate_and_optimize+0x1ec>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2e,%eax
jne    11ee <validate_and_optimize+0xee>
movl   $0x1,-0x1c(%rbp)
jmp    12ec <validate_and_optimize+0x1ec>
mov    -0x18(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    12e7 <validate_and_optimize+0x1e7>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x18(%rbp),%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
add    $0xffffffd5,%eax
mov    %eax,%ecx
mov    %rcx,-0x30(%rbp)
sub    $0x13,%eax
ja     12dd <validate_and_optimize+0x1dd>
mov    -0x30(%rbp),%rax
lea    0xdd8(%rip),%rcx
movslq (%rcx,%rax,4),%rax
add    %rcx,%rax
jmp    *%rax
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2d,%eax
jne    1257 <validate_and_optimize+0x157>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
jmp    12e2 <validate_and_optimize+0x1e2>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x2b,%eax
jne    1282 <validate_and_optimize+0x182>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
jmp    12e2 <validate_and_optimize+0x1e2>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x3e,%eax
jne    12ad <validate_and_optimize+0x1ad>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
jmp    12e2 <validate_and_optimize+0x1e2>
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsbl (%rax,%rcx,1),%eax
cmp    $0x3c,%eax
jne    12d8 <validate_and_optimize+0x1d8>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
jmp    12e2 <validate_and_optimize+0x1e2>
jmp    12e2 <validate_and_optimize+0x1e2>
jmp    12e7 <validate_and_optimize+0x1e7>
jmp    12ec <validate_and_optimize+0x1ec>
mov    -0x18(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
jmp    1127 <validate_and_optimize+0x27>
cmpl   $0x0,-0x1c(%rbp)
je     1318 <validate_and_optimize+0x218>
cmpl   $0x0,-0x24(%rbp)
je     1318 <validate_and_optimize+0x218>
cmpl   $0x0,-0x20(%rbp)
je     1324 <validate_and_optimize+0x224>
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
jmp    132b <validate_and_optimize+0x22b>
movl   $0x1,-0x4(%rbp)
mov    -0x4(%rbp),%eax
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<validate_and_optimize>:
test   %esi,%esi
jle    11bf <validate_and_optimize+0xbf>
lea    -0x1(%rsi),%r11d
mov    %esi,%edx
xor    %esi,%esi
lea    0xee9(%rip),%r9
xor    %r10d,%r10d
xor    %eax,%eax
xor    %r8d,%r8d
jmp    1143 <validate_and_optimize+0x43>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
mov    $0x1,%r8d
add    $0x1,%rsi
cmp    %rsi,%rdx
je     11c7 <validate_and_optimize+0xc7>
movsbl (%rdi,%rsi,1),%ecx
cmp    $0x2e,%ecx
je     1130 <validate_and_optimize+0x30>
cmp    $0x5d,%cl
je     1170 <validate_and_optimize+0x70>
cmp    $0x5b,%cl
jne    1180 <validate_and_optimize+0x80>
cmp    %r11,%rsi
jae    1162 <validate_and_optimize+0x62>
cmpb   $0x5d,0x1(%rdi,%rsi,1)
je     11bc <validate_and_optimize+0xbc>
add    $0x1,%eax
mov    $0x1,%r10d
jmp    1136 <validate_and_optimize+0x36>
nopl   (%rax)
test   %eax,%eax
jle    11bc <validate_and_optimize+0xbc>
add    $0xffffffff,%eax
jmp    1136 <validate_and_optimize+0x36>
nopl   0x0(%rax)
cmp    %r11,%rsi
jae    1136 <validate_and_optimize+0x36>
add    $0xffffffd5,%ecx
cmp    $0x13,%ecx
ja     1136 <validate_and_optimize+0x36>
movslq (%r9,%rcx,4),%rcx
add    %r9,%rcx
jmp    *%rcx
cmpb   $0x2d,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1136 <validate_and_optimize+0x36>
jmp    11bc <validate_and_optimize+0xbc>
cmpb   $0x2b,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1136 <validate_and_optimize+0x36>
jmp    11bc <validate_and_optimize+0xbc>
cmpb   $0x3e,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1136 <validate_and_optimize+0x36>
jmp    11bc <validate_and_optimize+0xbc>
cmpb   $0x3c,0x1(%rdi,%rsi,1)
jne    1136 <validate_and_optimize+0x36>
xor    %eax,%eax
ret
xor    %r8d,%r8d
xor    %eax,%eax
xor    %r10d,%r10d
test   %r8d,%r8d
setne  %cl
test   %r10d,%r10d
setne  %dl
and    %cl,%dl
test   %eax,%eax
sete   %al
and    %dl,%al
movzbl %al,%eax
ret

LLVM IR (-O0):
define i32 @validate_and_optimize(i8* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32
%4 = alloca i8*
%5 = alloca i32
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
store i8* %0, i8** %4
store i32 %1, i32* %5
store i32 0, i32* %7
store i32 0, i32* %8
store i32 0, i32* %9
store i32 0, i32* %6
br label %10
10: ; preds = %123, %2
%11 = load i32, i32* %6
%12 = load i32, i32* %5
%13 = icmp slt i32 %11, %12
br i1 %13, label %14, label %126
14: ; preds = %10
%15 = load i8*, i8** %4
%16 = load i32, i32* %6
%17 = sext i32 %16 to i64
%18 = getelementptr inbounds i8, i8* %15, i64 %17
%19 = load i8, i8* %18
%20 = sext i8 %19 to i32
%21 = icmp eq i32 %20, 91
br i1 %21, label %22, label %40
22: ; preds = %14
store i32 1, i32* %9
%23 = load i32, i32* %6
%24 = load i32, i32* %5
%25 = sub nsw i32 %24, 1
%26 = icmp slt i32 %23, %25
br i1 %26, label %27, label %37
27: ; preds = %22
%28 = load i8*, i8** %4
%29 = load i32, i32* %6
%30 = add nsw i32 %29, 1
%31 = sext i32 %30 to i64
%32 = getelementptr inbounds i8, i8* %28, i64 %31
%33 = load i8, i8* %32
%34 = sext i8 %33 to i32
%35 = icmp eq i32 %34, 93
br i1 %35, label %36, label %37
36: ; preds = %27
store i32 0, i32* %3
br label %137
37: ; preds = %27, %22
%38 = load i32, i32* %8
%39 = add nsw i32 %38, 1
store i32 %39, i32* %8
br label %123
40: ; preds = %14
%41 = load i8*, i8** %4
%42 = load i32, i32* %6
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds i8, i8* %41, i64 %43
%45 = load i8, i8* %44
%46 = sext i8 %45 to i32
%47 = icmp eq i32 %46, 93
br i1 %47, label %48, label %55
48: ; preds = %40
%49 = load i32, i32* %8
%50 = add nsw i32 %49, -1
store i32 %50, i32* %8
%51 = load i32, i32* %8
%52 = icmp slt i32 %51, 0
br i1 %52, label %53, label %54
53: ; preds = %48
store i32 0, i32* %3
br label %137
54: ; preds = %48
br label %123
55: ; preds = %40
%56 = load i8*, i8** %4
%57 = load i32, i32* %6
%58 = sext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds i8, i8* %56, i64 %58
%60 = load i8, i8* %59
%61 = sext i8 %60 to i32
%62 = icmp eq i32 %61, 46
br i1 %62, label %63, label %64
63: ; preds = %55
store i32 1, i32* %7
br label %123
64: ; preds = %55
%65 = load i32, i32* %6
%66 = load i32, i32* %5
%67 = sub nsw i32 %66, 1
%68 = icmp slt i32 %65, %67
br i1 %68, label %69, label %122
69: ; preds = %64
%70 = load i8*, i8** %4
%71 = load i32, i32* %6
%72 = sext i32 %71 to i64
%73 = getelementptr inbounds i8, i8* %70, i64 %72
%74 = load i8, i8* %73
%75 = sext i8 %74 to i32
switch i32 %75, label %120 [
i32 43, label %76
i32 45, label %87
i32 60, label %98
i32 62, label %109
]
76: ; preds = %69
%77 = load i8*, i8** %4
%78 = load i32, i32* %6
%79 = add nsw i32 %78, 1
%80 = sext i32 %79 to i64
%81 = getelementptr inbounds i8, i8* %77, i64 %80
%82 = load i8, i8* %81
%83 = sext i8 %82 to i32
%84 = icmp eq i32 %83, 45
br i1 %84, label %85, label %86
85: ; preds = %76
store i32 0, i32* %3
br label %137
86: ; preds = %76
br label %121
87: ; preds = %69
%88 = load i8*, i8** %4
%89 = load i32, i32* %6
%90 = add nsw i32 %89, 1
%91 = sext i32 %90 to i64
%92 = getelementptr inbounds i8, i8* %88, i64 %91
%93 = load i8, i8* %92
%94 = sext i8 %93 to i32
%95 = icmp eq i32 %94, 43
br i1 %95, label %96, label %97
96: ; preds = %87
store i32 0, i32* %3
br label %137
97: ; preds = %87
br label %121
98: ; preds = %69
%99 = load i8*, i8** %4
%100 = load i32, i32* %6
%101 = add nsw i32 %100, 1
%102 = sext i32 %101 to i64
%103 = getelementptr inbounds i8, i8* %99, i64 %102
%104 = load i8, i8* %103
%105 = sext i8 %104 to i32
%106 = icmp eq i32 %105, 62
br i1 %106, label %107, label %108
107: ; preds = %98
store i32 0, i32* %3
br label %137
108: ; preds = %98
br label %121
109: ; preds = %69
%110 = load i8*, i8** %4
%111 = load i32, i32* %6
%112 = add nsw i32 %111, 1
%113 = sext i32 %112 to i64
%114 = getelementptr inbounds i8, i8* %110, i64 %113
%115 = load i8, i8* %114
%116 = sext i8 %115 to i32
%117 = icmp eq i32 %116, 60
br i1 %117, label %118, label %119
118: ; preds = %109
store i32 0, i32* %3
br label %137
119: ; preds = %109
br label %121
120: ; preds = %69
br label %121
121: ; preds = %120, %119, %108, %97, %86
br label %122
122: ; preds = %121, %64
br label %123
123: ; preds = %122, %63, %54, %37
%124 = load i32, i32* %6
%125 = add nsw i32 %124, 1
store i32 %125, i32* %6
br label %10
126: ; preds = %10
%127 = load i32, i32* %7
%128 = icmp ne i32 %127, 0
br i1 %128, label %129, label %135
129: ; preds = %126
%130 = load i32, i32* %9
%131 = icmp ne i32 %130, 0
br i1 %131, label %132, label %135
132: ; preds = %129
%133 = load i32, i32* %8
%134 = icmp ne i32 %133, 0
br i1 %134, label %135, label %136
135: ; preds = %132, %129, %126
store i32 0, i32* %3
br label %137
136: ; preds = %132
store i32 1, i32* %3
br label %137
137: ; preds = %136, %135, %118, %107, %96, %85, %53, %36
%138 = load i32, i32* %3
ret i32 %138
}

LLVM IR (-O2):
define i32 @validate_and_optimize(i8* nocapture %0, i32 %1) {
%3 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %3, label %4, label %57
4: ; preds = %2
%5 = add nsw i32 %1, -1
%6 = zext i32 %5 to i64
%7 = zext i32 %1 to i64
br label %8
8: ; preds = %4, %51
%9 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %55, %51 ]
%10 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %54, %51 ]
%11 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %53, %51 ]
%12 = phi i32 [ 0, %4 ], [ %52, %51 ]
%13 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %9
%14 = load i8, i8* %13
%15 = sext i8 %14 to i32
switch i8 %14, label %28 [
i8 91, label %16
i8 93, label %25
i8 46, label %51
]
16: ; preds = %8
%17 = icmp ult i64 %9, %6
br i1 %17, label %18, label %23
18: ; preds = %16
%19 = add nuw nsw i64 %9, 1
%20 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %19
%21 = load i8, i8* %20
%22 = icmp eq i8 %21, 93
br i1 %22, label %67, label %23
23: ; preds = %18, %16
%24 = add nsw i32 %11, 1
br label %51
25: ; preds = %8
%26 = add nsw i32 %11, -1
%27 = icmp slt i32 %11, 1
br i1 %27, label %67, label %51
28: ; preds = %8
%29 = icmp ult i64 %9, %6
br i1 %29, label %30, label %51
30: ; preds = %28
switch i32 %15, label %51 [
i32 43, label %31
i32 45, label %36
i32 60, label %41
i32 62, label %46
]
31: ; preds = %30
%32 = add nuw nsw i64 %9, 1
%33 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %32
%34 = load i8, i8* %33
%35 = icmp eq i8 %34, 45
br i1 %35, label %67, label %51
36: ; preds = %30
%37 = add nuw nsw i64 %9, 1
%38 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %37
%39 = load i8, i8* %38
%40 = icmp eq i8 %39, 43
br i1 %40, label %67, label %51
41: ; preds = %30
%42 = add nuw nsw i64 %9, 1
%43 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %42
%44 = load i8, i8* %43
%45 = icmp eq i8 %44, 62
br i1 %45, label %67, label %51
46: ; preds = %30
%47 = add nuw nsw i64 %9, 1
%48 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %47
%49 = load i8, i8* %48
%50 = icmp eq i8 %49, 60
br i1 %50, label %67, label %51
51: ; preds = %8, %28, %30, %46, %41, %36, %31, %25, %23
%52 = phi i32 [ %12, %23 ], [ %12, %25 ], [ %12, %30 ], [ %12, %46 ], [ %12, %41 ], [ %12, %36 ], [ %12, %31 ], [ %12, %28 ], [ 1, %8 ]
%53 = phi i32 [ %24, %23 ], [ %26, %25 ], [ %11, %30 ], [ %11, %46 ], [ %11, %41 ], [ %11, %36 ], [ %11, %31 ], [ %11, %28 ], [ %11, %8 ]
%54 = phi i32 [ 1, %23 ], [ %10, %25 ], [ %10, %30 ], [ %10, %46 ], [ %10, %41 ], [ %10, %36 ], [ %10, %31 ], [ %10, %28 ], [ %10, %8 ]
%55 = add nuw nsw i64 %9, 1
%56 = icmp eq i64 %55, %7
br i1 %56, label %57, label %8
57: ; preds = %51, %2
%58 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %52, %51 ]
%59 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %53, %51 ]
%60 = phi i32 [ 0, %2 ], [ %54, %51 ]
%61 = icmp ne i32 %58, 0
%62 = icmp ne i32 %60, 0
%63 = select i1 %61, i1 %62, i1 false
%64 = icmp eq i32 %59, 0
%65 = select i1 %63, i1 %64, i1 false
%66 = zext i1 %65 to i32
br label %67
67: ; preds = %46, %41, %36, %31, %25, %18, %57
%68 = phi i32 [ %66, %57 ], [ 0, %18 ], [ 0, %25 ], [ 0, %31 ], [ 0, %36 ], [ 0, %41 ], [ 0, %46 ]
ret i32 %68
}