double compute_energy(int *lattice, int n_side) {
  double E;
  int i, j, down, right;
  int index, index_down, index_right;
  E = 0.0;
  for (i = 0; i < n_side; i++) {
    for (j = 0; j < n_side; j++) {
      down = (i + 1) % n_side;
      right = (j + 1) % n_side;
      index = j + (n_side * i);
      index_down = j + (n_side * down);
      index_right = right + (n_side * i);
      E += -lattice[index] * lattice[index_down];
      E += -lattice[index] * lattice[index_right];
    }
  }
  return E;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<compute_energy>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %esi,-0xc(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11ef <compute_energy+0xef>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0xc(%rbp),%eax
jge    11dc <compute_energy+0xdc>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
cltd
idivl  -0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x24(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
cltd
idivl  -0xc(%rbp)
mov    %edx,-0x28(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
imul   -0x24(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
mov    %eax,-0x30(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
mov    -0xc(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
xor    %eax,%eax
sub    (%rcx,%rdx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x30(%rbp),%rdx
imul   (%rcx,%rdx,4),%eax
cvtsi2sd %eax,%xmm0
addsd  -0x18(%rbp),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x2c(%rbp),%rdx
xor    %eax,%eax
sub    (%rcx,%rdx,4),%eax
mov    -0x8(%rbp),%rcx
movslq -0x34(%rbp),%rdx
imul   (%rcx,%rdx,4),%eax
cvtsi2sd %eax,%xmm0
addsd  -0x18(%rbp),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    112d <compute_energy+0x2d>
jmp    11e1 <compute_energy+0xe1>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    111a <compute_energy+0x1a>
movsd  -0x18(%rbp),%xmm0
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<compute_energy>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r12
push   %rbx
test   %esi,%esi
jle    11bb <compute_energy+0xbb>
mov    %esi,%r10d
lea    0x0(,%r10,4),%r9
mov    %r10,%rax
neg    %rax
xorpd  %xmm0,%xmm0
xor    %r8d,%r8d
mov    %rdi,%r14
xor    %r11d,%r11d
xchg   %ax,%ax
mov    %r11,%r15
add    $0x1,%r11
cmp    %r10,%r11
mov    %r11d,%ecx
cmove  %r8d,%ecx
imul   %r10,%r15
imul   %esi,%ecx
movslq %ecx,%rcx
lea    (%rdi,%rcx,4),%r12
mov    $0x1,%ecx
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
mov    %rax,%rdx
add    %rcx,%rdx
mov    $0x0,%edx
cmovne %rcx,%rdx
add    %r15,%rdx
xor    %ebp,%ebp
sub    -0x4(%r14,%rcx,4),%ebp
mov    -0x4(%r12,%rcx,4),%ebx
imul   %ebp,%ebx
xorps  %xmm1,%xmm1
cvtsi2sd %ebx,%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
imul   (%rdi,%rdx,4),%ebp
xorps  %xmm0,%xmm0
cvtsi2sd %ebp,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
lea    (%rax,%rcx,1),%rdx
add    $0x1,%rdx
add    $0x1,%rcx
cmp    $0x1,%rdx
jne    1160 <compute_energy+0x60>
add    %r9,%r14
cmp    %r10,%r11
jne    1130 <compute_energy+0x30>
jmp    11bf <compute_energy+0xbf>
xorpd  %xmm0,%xmm0
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define double @compute_energy(i32* %0, i32 %1) {
%3 = alloca i32*
%4 = alloca i32
%5 = alloca double
%6 = alloca i32
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
store i32* %0, i32** %3
store i32 %1, i32* %4
store double 0.000000e+00, double* %5
store i32 0, i32* %6
br label %13
13: ; preds = %80, %2
%14 = load i32, i32* %6
%15 = load i32, i32* %4
%16 = icmp slt i32 %14, %15
br i1 %16, label %17, label %83
17: ; preds = %13
store i32 0, i32* %7
br label %18
18: ; preds = %76, %17
%19 = load i32, i32* %7
%20 = load i32, i32* %4
%21 = icmp slt i32 %19, %20
br i1 %21, label %22, label %79
22: ; preds = %18
%23 = load i32, i32* %6
%24 = add nsw i32 %23, 1
%25 = load i32, i32* %4
%26 = srem i32 %24, %25
store i32 %26, i32* %8
%27 = load i32, i32* %7
%28 = add nsw i32 %27, 1
%29 = load i32, i32* %4
%30 = srem i32 %28, %29
store i32 %30, i32* %9
%31 = load i32, i32* %7
%32 = load i32, i32* %4
%33 = load i32, i32* %6
%34 = mul nsw i32 %32, %33
%35 = add nsw i32 %31, %34
store i32 %35, i32* %10
%36 = load i32, i32* %7
%37 = load i32, i32* %4
%38 = load i32, i32* %8
%39 = mul nsw i32 %37, %38
%40 = add nsw i32 %36, %39
store i32 %40, i32* %11
%41 = load i32, i32* %9
%42 = load i32, i32* %4
%43 = load i32, i32* %6
%44 = mul nsw i32 %42, %43
%45 = add nsw i32 %41, %44
store i32 %45, i32* %12
%46 = load i32*, i32** %3
%47 = load i32, i32* %10
%48 = sext i32 %47 to i64
%49 = getelementptr inbounds i32, i32* %46, i64 %48
%50 = load i32, i32* %49
%51 = sub nsw i32 0, %50
%52 = load i32*, i32** %3
%53 = load i32, i32* %11
%54 = sext i32 %53 to i64
%55 = getelementptr inbounds i32, i32* %52, i64 %54
%56 = load i32, i32* %55
%57 = mul nsw i32 %51, %56
%58 = sitofp i32 %57 to double
%59 = load double, double* %5
%60 = fadd double %59, %58
store double %60, double* %5
%61 = load i32*, i32** %3
%62 = load i32, i32* %10
%63 = sext i32 %62 to i64
%64 = getelementptr inbounds i32, i32* %61, i64 %63
%65 = load i32, i32* %64
%66 = sub nsw i32 0, %65
%67 = load i32*, i32** %3
%68 = load i32, i32* %12
%69 = sext i32 %68 to i64
%70 = getelementptr inbounds i32, i32* %67, i64 %69
%71 = load i32, i32* %70
%72 = mul nsw i32 %66, %71
%73 = sitofp i32 %72 to double
%74 = load double, double* %5
%75 = fadd double %74, %73
store double %75, double* %5
br label %76
76: ; preds = %22
%77 = load i32, i32* %7
%78 = add nsw i32 %77, 1
store i32 %78, i32* %7
br label %18
79: ; preds = %18
br label %80
80: ; preds = %79
%81 = load i32, i32* %6
%82 = add nsw i32 %81, 1
store i32 %82, i32* %6
br label %13
83: ; preds = %13
%84 = load double, double* %5
ret double %84
}

LLVM IR (-O2):
define double @compute_energy(i32* nocapture %0, i32 %1) {
%3 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %3, label %4, label %44
4: ; preds = %2
%5 = zext i32 %1 to i64
%6 = zext i32 %1 to i64
br label %7
7: ; preds = %42, %4
%8 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %10, %42 ]
%9 = phi double [ 0.000000e+00, %4 ], [ %40, %42 ]
%10 = add nuw nsw i64 %8, 1
%11 = icmp eq i64 %10, %5
%12 = trunc i64 %10 to i32
%13 = select i1 %11, i32 0, i32 %12
%14 = mul nsw i64 %8, %6
%15 = mul nsw i32 %13, %1
%16 = sext i32 %15 to i64
br label %17
17: ; preds = %7, %17
%18 = phi i64 [ 0, %7 ], [ %20, %17 ]
%19 = phi double [ %9, %7 ], [ %40, %17 ]
%20 = add nuw nsw i64 %18, 1
%21 = icmp eq i64 %20, %5
%22 = add nuw nsw i64 %18, %14
%23 = add nsw i64 %18, %16
%24 = shl i64 %20, 32
%25 = ashr exact i64 %24, 32
%26 = select i1 %21, i64 0, i64 %25
%27 = add nsw i64 %26, %14
%28 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %22
%29 = load i32, i32* %28
%30 = sub nsw i32 0, %29
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %23
%32 = load i32, i32* %31
%33 = mul nsw i32 %32, %30
%34 = sitofp i32 %33 to double
%35 = fadd double %19, %34
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %27
%37 = load i32, i32* %36
%38 = mul nsw i32 %37, %30
%39 = sitofp i32 %38 to double
%40 = fadd double %35, %39
%41 = icmp eq i64 %20, %5
br i1 %41, label %42, label %17
42: ; preds = %17
%43 = icmp eq i64 %10, %5
br i1 %43, label %44, label %7
44: ; preds = %42, %2
%45 = phi double [ 0.000000e+00, %2 ], [ %40, %42 ]
ret double %45
}